CN203365538U - 光伏发电监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种光伏发电监测装置，包括：采集单元、通讯单元和监控单元，采集单元的输入端连接至光伏板的输出端，采集单元的输出端连接至所述通讯单元，采集单元采集光伏板中的电流值、电压值和温度值，并将根据电流值、电压值和温度值得到的电流信号、电压信号和温度信号发送至通讯单元；所述通讯单元，连接至采集单元和监控单元，将接收到的电流信号、电压信号和温度信号发送至监控单元；监控单元，连接至所述通讯单元，根据电流信号、电压信号和温度信号，输出光伏板的工作状态信号。通过该技术方案，可以实现对光伏板电压、电流和温度的采集与远传，从而实现对单个光伏组件的检测。
Description
技术领域
本实用新型涉及光伏发电技术领域，特别是涉及一种光伏发电监测装置。
背景技术
据预测，太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。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；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。
光伏组件的核心组成部分是太阳电池，一般说来，每个组件所用太阳电池的电特性要基本一致，否则将在电性能不好或被遮挡的电池（问题电池）上产生所谓热斑效应。若电池串与串之间电流不一致，可以在接了旁路二极管的组件特性曲线上看到所谓台阶曲线或异常曲线。如果组件内太阳电池性能本来就不一致，必然导致组件发生热斑现象。我们可以通过组件的输出特性曲线和红外成像看到组件热斑现象的存在。若是由于组件内太阳电池光衰减后效率下降，引起的组件内太阳电池性能不一致。我们可以通过测试组件衰减前和衰减后的输出特性曲线以及红外成像看到组件在光照前后发生的变化。
光伏组件生产过程中由于硅材料自身的缺陷以及电池制造的原因（如：去边不彻底、边缘短路、去边过头，P型层向N型层中心延伸，边缘栅线引起局部短路、烧结不良，正电极或背电极与硅片接触不良，串联电阻增大、烧结过度，即将使PN结烧透，短路）造成特性存在偏差，在光伏组件运行过程中如果不能及时发现问题组件将严重影响整组组件的发电效率甚至引发火灾，因此监测光伏组件的运行情况及时发现问题组件对于光伏发电***非常重要。
目前光伏发电监测***主要是基于汇流箱和逆变***的监测，如：安科瑞公司推出的“Acrel-2000V8.0光伏电站电力监控***”、南京南瑞继保工程技术有限公司推出的“分布式光伏发电的实时监控与信息采集***”。以上***只能监测成串组件的工作状态，无法发现单个组件前期出现的问题，存在监测的死区。
因此，需要一种新的技术方案，可以实现对单个光伏组件的监测。
实用新型内容
本实用新型正是基于上述问题，提出了一种新的技术方案，可以实现对单个光伏组件的监测。
有鉴于此，本实用新型提出了一种光伏发电监测装置，应用于光伏发电***，包括：采集单元、通讯单元和监控单元，其中，所述采集单元的输入端连接至光伏板的输出端，所述采集单元的输出端连接至所述通讯单元，所述采集单元采集所述光伏板中的电流信号值、电压信号值和温度信号值，并将根据所述电流信号值、所述电压信号值和所述温度信号值得到的电流值流信号、电压值信号和温度值信号发送至所述通讯单元；所述通讯单元，连接至所述采集单元和所述监控单元，将接收到的所述电流信号、所述电压信号和所述温度信号发送至所述监控单元；所述监控单元，连接至所述通讯单元，根据所述电流信号、所述电压信号和所述温度信号，输出所述光伏板的工作状态信号。
在该技术方案中，实时在线监测光伏组件的运行情况，将光伏板工作的电压、电流和温度上传给监控单元，监控单元通过对比各组件的工作参数能够及时发现光伏板出现的问题，提示运行维护人员及时处理，防止在光伏组件运行过程中不能及时发现问题组件，严重影响整组组件的发电效率甚至引发火灾事故的发生。
在上述技术方案中，优选地，还包括：电源单元，连接至所述采集单元、所述通讯单元和所述监控单元，为所述采集单元、所述通讯单元和所述监控单元提供工作电源。
在该技术方案中，电源单元包括降压式变换电路。其中，可以直接利用光伏板的输出作为电源模块的输入，因此其输入采用宽范围输入，在输入9V～50V范围内均可正常工作。电源模块采用降压式变换电路（即BUCK电路），将输入电压转换且稳定为5V，为采集和通讯电路提供工作电源。
在上述技术方案中，优选地，所述采集单元包括：电流采集子单元，连接至所述光伏板的输出端，采集并输出所述光伏板的电流值；电压采集子单元，连接至所述光伏板的输出端，采集并输出所述光伏板的电压值；温度采集子单元，连接至所述光伏板的输出端，采集并输出所述光伏板的温度值。
在该技术方案中，电流采集可以采用康铜丝将电流转换为电压信号，然后放大电路进行放大和变换后，送入单片机A/D采集回路，再通过模数变换和信号处理程序计算出电流的大小。电压采集可以采用分压方式采集，温度采集可以使用铂电阻采集。当然，采集方式不限于上述几种，还可以通过电压传感器、温度传感器以及电流传感器采集等来进行数据采集。
在上述技术方案中，优选地，所述采集单元还包括：信号放大单元、模/数转换器和发送单元，其中，所述信号放大单元，连接至所述电流采集子单元、所述电压采集子单元和所述温度采集子单元，将接收到的所述电流值、所述电压值和所述温度值进行差分放大后发送至所述模/数转换器；所述模/数转换器，连接至所述信号放大单元，对从所述信号放大单元接收的经差分放大后的电流值、电压值和温度值进行模数转换得到所述电流信号、所述电压信号以及所述温度信号；所述发送单元，连接至所述模/数转换器，将所述电流信号、所述电压信号和所述温度信号发送至所述通讯单元。
在上述技术方案中，优选地，所述信号放大单元包括保护电路，滤波电路和放大电路，其中，所述电流采集子单元、所述电压采集子单元和所述温度采集子单元的输出端连接至所述保护电路的输入端，所述保护电路的输出端连接至所述滤波电路的输入端，所述滤波电路的输出端连接至所述放大电路的输入端，所述放大电路的输出端连接至所述模/数转换器。
在上述技术方案中，优选地，所述保护电路包括至少一个二极管，所述滤波电路包括滤波电容和滤波电阻，所述滤波电容的一端连接至所述滤波电阻的一端，所述滤波电阻的另一端连接至所述至少一个二极管的阴极，所述滤波电容的另一端连接至所述至少一个二极管的阳极。
在上述技术方案中，优选地，所述放大电路包括运算放大器、输入端电阻和至少一个反馈电阻，所述输入端电阻连接在所述滤波电路的输出端和所述运算放大器的反相输入端之间，所述至少一个反馈电阻连接在所述运算放大器的反相输入端和所述运算放大器的输出端之间。
在上述技术方案中，优选地，所述通讯单元包括CC2530芯片。
在该技术方案中，通讯单元既可以使用有线通讯，也可以使用无线通讯，针对无线通讯，可以采用CC2530控制芯片，该芯片具有功耗小传输距离远的特点，其主要技术参数为：发射功率10mW-1W；载频频率433MHz，470MHz，也可提供86至915MHz载频，ISM频段，无需申请频点；基于GFSK的调制方式，采用高效前向纠错信道编码技术，提高了数据抗突发干扰和随机干扰的能力，在信道误码率为10-4时，可得到实际误码率10-7～10-8；在视距情况下，天线高度>2米，可靠传输距离可达800-5000m(BER=1200bps)；提供透明的数据接口，能适应任何标准或非标准的用户协议；标准配置提供8个信道，如果用户需要，可扩展到116信道；供2个串口3种接口方式，COM1为TTL电平UART接口；接口波特率为1200/2400/4800/9600/19200/38400bps，格式为8N1/8E1用户自定义，可传输无限长的数据帧，用户编程更灵活；+5V供电情况下，接收电流<30mA，发射电流<40mA，休眠电流<5uA，+2.7V供电情况下，接收电流<22mA，发射电流<33mA，休眠电流<5uA；多种天线配置方案，满足用户不同的应用需要。
在上述技术方案中，优选地，所述监视单元包括显示器。
在上述技术方案中，优选地，还包括：显示单元，连接至所述采集单元，对所述电流值、所述电压值和所述温度值进行显示。
在上述技术方案中，优选地，所述显示单元包括：显示屏和/或指示灯。
通过以上技术方案，可以实现对光伏板电压、电流和温度的采集与远传，从而实现对单个光伏组件的检测。
在此，本领域技术人员应该了解，上述各单元模块可以采用多种现有产品来实现，包括但不限于以下示例：
采集单元可以选用高精度集成传感器；
监控单元可以选用型号为MSGl2864的显示屏；
电流采集子单元可以选用背景尺度方圆传感器有限公司的电流传感器；
电压采集子单元可以选用背景尺度方圆传感器有限公司的电压传感器；
温度采集子单元可以选用背景尺度方圆传感器有限公司的温度传感器；
控制器可以采用北京能德智慧科技有限公司的型号为FX06的控制器；
模/数转换器可以采用串行芯片ADS7816。
附图说明
图1示出了根据本实用新型的实施例的光伏发电监测装置的框图；
图2示出了根据本实用新型的实施例的采集单元的原理图；
图3示出了根据本实用新型的实施例的电源单元的原理图；
图4示出了根据本实用新型的实施例的信号放大单元的原理图；
图5示出了根据本实用新型的实施例的通讯单元的原理图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
图1示出了根据本实用新型的实施例的光伏发电监测装置的框图。
如图1所示，根据本实用新型的实施例的光伏发电监测装置100，包括：采集单元104、通讯单元106和监控单元108，其中，所述采集单元104的输入端连接至光伏板的输出端，所述采集单元104的输出端连接至所述通讯单元106，所述采集单元104采集所述光伏板中的电流信号值、电压信号值和温度信号值，并将根据所述电流信号值、所述电压信号值和所述温度信号值得到的电流值流信号、电压值信号和温度值信号发送至所述通讯单元106；所述通讯单元106，连接至所述采集单元104和所述监控单元108，将接收到的所述电流信号、所述电压信号和所述温度信号发送至所述监控单元108；所述监控单元108，连接至所述通讯单元106，根据所述电流信号、所述电压信号和所述温度信号，输出所述光伏板的工作状态信号。
在该技术方案中，实时在线监测光伏组件的运行情况，将光伏板工作的电压、电流和温度上传给监控单元，监控单元通过对比各组件的工作参数能够及时发现光伏板出现的问题，提示运行维护人员及时处理，防止在光伏组件运行过程中不能及时发现问题组件，严重影响整组组件的发电效率甚至引发火灾事故的发生。
在上述技术方案中，优选地，还包括：电源单元102，连接至所述采集单元104、所述通讯单元106和所述监控单元108，为所述采集单元104、所述通讯单元106和所述监控单元108提供工作电源。
在该技术方案中，电源单元包括降压式变换电路。其中，可以直接利用光伏板的输出作为电源模块的输入，因此其输入采用宽范围输入，在输入9V～50V范围内均可正常工作。电源模块采用降压式变换电路（即BUCK电路），将输入电压转换且稳定为5V，为采集和通讯电路提供工作电源。
在上述技术方案中，优选地，还包括：显示单元110，连接至所述采集单元，对所述电流值、所述电压值和所述温度值进行显示。
在上述技术方案中，优选地，所述显示单元110包括：显示屏和/或指示灯。
图2示出了根据本实用新型的实施例的采集单元的原理图。
如图2所示，根据本实用新型的实施例的采集单元104包括：电流采集子单元1042，连接至所述光伏板的输出端，采集并输出所述光伏板的电流值；电压采集子单元1044，连接至所述光伏板的输出端，采集并输出所述光伏板的电压值；温度采集子单元1046，连接至所述光伏板的输出端，采集并输出所述光伏板的温度值。
在该技术方案中，电流采集可以采用康铜丝将电流转换为电压信号，然后放大电路进行放大和变换后，送入单片机A/D采集回路，再通过模数变换和信号处理程序计算出电流的大小。电压采集可以采用分压方式采集，温度采集可以使用铂电阻采集。当然，采集方式不限于上述几种，还可以通过电压传感器、温度传感器以及电流传感器采集等来进行数据采集。
在上述技术方案中，优选地，所述采集单元104还包括：信号放大单元1048、模/数转换器10410和发送单元10412，其中，所述信号放大单元1048，连接至所述电流采集子单元1042、所述电压采集子单元1044和所述温度采集子单元1046，将接收到的所述电流值、所述电压值和所述温度值进行差分放大后发送至所述模/数转换器10410；所述模/数转换器10410，连接至所述信号放大单元1048，对从所述信号放大单元接收的经差分放大后的电流值、电压值和温度值进行模数转换得到所述电流信号、所述电压信号以及所述温度信号；所述发送单元10412，连接至所述模/数转换器10410，将所述电流信号、所述电压信号和所述温度信号发送至所述通讯单元106。
在上述技术方案中，优选地，所述信号放大单元1048包括保护电路，滤波电路和放大电路，其中，所述电流采集子单元、所述电压采集子单元和所述温度采集子单元的输出端连接至所述保护电路的输入端，所述保护电路的输出端连接至所述滤波电路的输入端，所述滤波电路的输出端连接至所述放大电路的输入端，所述放大电路的输出端连接至所述模/数转换器。
在上述技术方案中，优选地，所述保护电路包括至少一个二极管，所述滤波电路包括滤波电容和滤波电阻，所述滤波电容的一端连接至所述滤波电阻的一端，所述滤波电阻的另一端连接至所述至少一个二极管的阴极，所述滤波电容的另一端连接至所述至少一个二极管的阳极。
在上述技术方案中，优选地，所述放大电路包括运算放大器、输入端电阻和至少一个反馈电阻，所述输入端电阻连接在所述滤波电路的输出端和所述运算放大器的反相输入端之间，所述至少一个反馈电阻连接在所述运算放大器的反相输入端和所述运算放大器的输出端之间。
图3示出了根据本实用新型的实施例的电源单元的原理图。
如图3所示，根据本实用新型的实施例的电源单元包括降压式变换电路。在该技术方案中，可以直接利用光伏板的输出作为电源模块的输入，因此其输入采用宽范围输入，在输入9V～50V范围内均可正常工作。电源模块采用降压式变换电路（即BUCK电路），将输入电压转换且稳定为5V，为采集和通讯电路提供工作电源。
图4示出了根据本实用新型的实施例的信号放大单元的原理图。
如图4所示，根据本实用新型的实施例的信号放大单元包括运算放大器（如LM324运算放大器）和至少一个反馈电阻（如R4、R5），所述至少一个反馈电阻串联以后，连接在运算放大器的反相输入端和输出端之间，以由所述运算放大器和所述至少一个反馈电阻对所述电流信号、所述电压信号和所述温度信号进行差分放大。除了差分放大电路，图4中还示出了变换电路，比如，在采集电流信号时，通过电阻（R1）将电流信号变换成电压信号，再通过差分放大电路进行放大和变换后，送入单片机A/D采集回路，然后通过模数变换和信号处理程序计算出电流的大小。
图5示出了根据本实用新型的实施例的通讯单元的原理图。
通讯单元既可以使用有线通讯，也可以使用无线通讯，在一种优选示例中，如图5所示，可以采用CC2530控制芯片来实现无线通讯，该芯片具有功耗小传输距离远的特点，其主要技术参数为：发射功率10mW-1W；载频频率433MHz，470MHz，也可提供86至915MHz载频，ISM频段，无需申请频点；基于GFSK的调制方式，采用高效前向纠错信道编码技术，提高了数据抗突发干扰和随机干扰的能力，在信道误码率为10-4时，可得到实际误码率10-7～10-8；在视距情况下，天线高度＞2米，可靠传输距离可达800-5000m(BER=1200bps)；提供透明的数据接口，能适应任何标准或非标准的用户协议；标准配置提供8个信道，如果用户需要，可扩展到116信道；供2个串口3种接口方式，COM1为TTL电平UART接口；接口波特率为1200/2400/4800/9600/19200/38400bps，格式为8N1/8E1用户自定义，可传输无限长的数据帧，用户编程更灵活；+5V供电情况下，接收电流＜30mA，发射电流＜40mA，休眠电流＜5uA，+2.7V供电情况下，接收电流＜22mA，发射电流＜33mA，休眠电流＜5uA；多种天线配置方案，满足用户不同的应用需要。
以上结合附图详细说明了本实用新型的技术方案，通过本实用新型的技术方案，可以实现对光伏板电压、电流和温度的采集与远传，从而实现对单个光伏组件的检测。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光伏发电监测装置，应用于光伏发电***，其特征在于，包括：采集单元、通讯单元和监控单元，其中，
所述采集单元的输入端连接至光伏板的输出端，所述采集单元的输出端连接至所述通讯单元，所述采集单元采集所述光伏板中的电流值、电压值和温度值，并将根据所述电流值、所述电压值和所述温度值得到的电流信号、电压信号和温度信号发送至所述通讯单元；
所述通讯单元，连接至所述采集单元和所述监控单元，将接收到的所述电流信号、所述电压信号和所述温度信号发送至所述监控单元；
所述监控单元，连接至所述通讯单元，根据所述电流信号、所述电压信号和所述温度信号，输出所述光伏板的工作状态信号。
2.根据权利要求1所述的光伏发电监测装置，其特征在于，还包括：
电源单元，连接至所述采集单元、所述通讯单元和所述监控单元，为所述采集单元、所述通讯单元和所述监控单元提供工作电源。
3.根据权利要求1所述的光伏发电监测装置，其特征在于，所述采集单元包括：
电流采集子单元，连接至所述光伏板的输出端，采集并输出所述光伏板的电流值；
电压采集子单元，连接至所述光伏板的输出端，采集并输出所述光伏板的电压值；
温度采集子单元，连接至所述光伏板的输出端，采集并输出所述光伏板的温度值。
4.根据权利要求3所述的光伏发电监测装置，其特征在于，所述采集单元还包括：信号放大单元、模/数转换器和发送单元，其中，
所述信号放大单元，连接至所述电流采集子单元、所述电压采集子单元和所述温度采集子单元，将接收到的所述电流值、所述电压值和所述温度值进行差分放大后发送至所述模/数转换器；
所述模/数转换器，连接至所述信号放大单元，对从所述信号放大单元接收的经差分放大后的电流值、电压值和温度值进行模数转换得到所述电流信号、所述电压信号以及所述温度信号；
所述发送单元，连接至所述模/数转换器，将所述电流信号、所述电压信号和所述温度信号发送至所述通讯单元。
5.根据权利要求4所述的光伏发电监测装置，其特征在于，所述信号放大单元包括保护电路、滤波电路和放大电路，其中，
所述电流采集子单元、所述电压采集子单元和所述温度采集子单元的输出端连接至所述保护电路的输入端，所述保护电路的输出端连接至所述滤波电路的输入端，所述滤波电路的输出端连接至所述放大电路的输入端，所述放大电路的输出端连接至所述模/数转换器。
6.根据权利要求5所述的光伏发电监测装置，其特征在于，所述保护电路包括至少一个二极管，所述滤波电路包括滤波电容和滤波电阻，所述滤波电容的一端连接至所述滤波电阻的一端，所述滤波电阻的另一端连接至所述至少一个二极管的阴极，所述滤波电容的另一端连接至所述至少一个二极管的阳极。
7.根据权利要求5所述的光伏发电监测装置，其特征在于，所述放大电路包括运算放大器、输入端电阻和至少一个反馈电阻，所述输入端电阻连接在所述滤波电路的输出端和所述运算放大器的反相输入端之间，所述至少一个反馈电阻连接在所述运算放大器的反相输入端和所述运算放大器的输出端之间。
8.根据权利要求2所述的光伏发电监测装置，其特征在于，所述电源单元包括降压式变换电路。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的光伏发电监测装置，其特征在于，还包括：显示单元，该显示单元连接至所述采集单元，对所述电流值、所述电压值和所述温度值进行显示。
10.根据权利要求9所述的光伏发电监测装置，其特征在于，所述显示单元包括：显示屏和/或指示灯。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20131225 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |