一種光伏組件監測裝置及光伏發電系統的製作方法

2023-05-21 19:39:21 1

本發明涉及一種光伏組件監測裝置，特別是一種光伏組件監測裝置及光伏發電系統。

背景技術：

在分布式光伏電站中，由於沒有專人負責日常管理(比如24小時巡檢)，導致出現異常情況，如某些組件不正常工作，甚至因溫度過高或線路異常導致起火，不能及時察覺，勢必會對光伏電站正常工作帶來一定的影響，甚至引起火災等事故。除了監測光伏組件的溫度、電流、電壓異常外，隨著用戶對光伏系統更高性能品質需求，及光伏產業的迅猛發展，需要得到光伏組件的更多特性數據，以實現對整個光伏系統的精確控制。隨著監測項目的增多，其布線變得異常複雜。

隨著光伏產業的不斷發展，光伏電站的應用地從荒無人煙的戈壁大漠到陽光燦爛的內陸、沿海城市，應用環境的不同造成了光伏電站的發電效率的差異性，光伏組件的pid效應作為影響電站發電量的重要因素之一，受到了業界的廣泛關注。pid效應業內稱之為電位誘導衰減(potentialinduceddegree，pid)，是由於大量電荷聚集在電池片表面，使電池表面鈍化，使得電池組件的功率急劇衰減，電池組件的開路電壓、短路電流減小，減少了光伏電站的收益。

現有抵消pid現象的方法主要是在夜間通過電網交流電壓經整流後給光伏組件提供反向直流電，使組件因白天pid效應而損失的電子得到補償。這樣的缺點：需要藉助電網，對於某些特殊地區實現較為困難；一般是在各組件母線上施加高直流電壓，集中進行失效補償，沒有針對性，補償效果不明顯。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的是提供了一種光伏組件監測裝置。

為達到上述目的，本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種光伏組件監測裝置，包括：

電壓採樣單元，與光伏組件電連接，用於採集光伏組件的電壓信號；

電流採樣單元，與光伏組件電連接，用於採集光伏組件的電流信號；

溫度傳感器，安裝在光伏組件上，用於採集光伏組件的溫度信號；

溼度傳感器，安裝在光伏組件上，用於採集光伏組件的溼度信號；

控制單元，用於接收所述電壓採樣單元、電流採樣單元、溫度傳感器、溼度傳感器採集的光伏組件信號數據；

無線通信單元，與所述控制單元連接，用於將所述控制單元數據傳輸到遠程監控後臺的無線接收裝置。

本發明相較於現有技術，實現對光伏組件的電壓、電流、溫度、溼度實時監測，通過無線通信方式上傳遠程監控後臺，便於及時發現異常，主動提醒，避免發生嚴重損失。

進一步地，所述控制單元包括計量晶片、微控制單元，所述計量晶片與所述微控制單元信號連接，所述電壓採樣單元、電流採樣單元與所述計量晶片連接，所述溫度傳感器、溼度傳感器與所述微控制單元連接。

採用上述優選的方案，有效優化監測裝置結構，節省安裝空間。

進一步地，還包括北鬥導航定位單元，所述北鬥導航定位單元與所述無線通信單元信號連接。

採用上述優選的方案，便於採集光伏組件地理位置信號，遠程監控後臺根據地理位置信號聯網查詢獲取當地光照特性數據，並與監測裝置上傳數據進行比對，可以更精準判定異常信號的準確度。

進一步地，還包括第一繼電器、第二繼電器，所述第一繼電器、第二繼電器與所述微控制單元信號連接，所述第一繼電器串接在光伏組件的輸出端，所述第二繼電器與光伏組件並聯在光伏發電系統中。

採用上述優選的方案，當監測到光伏組件特性信號異常時，通過第一繼電器切斷髮生異常的光伏組件與光伏發電系統的連接通路，通過第二繼電器的接通，確保與異常光伏組件相串接的其他光伏組件的正常工作。

進一步地，還包括rs485接口單元，所述rs485接口單元與所述微控制單元連接。

進一步地，所述計量晶片具體為rn8209計量晶片，所述微控制單元採用mcupd78f0527。

採用上述優選的方案，可以根據光伏組件當地條件，選擇採用rs485接口進行數據交互，提高穩定性。

一種光伏發電系統，包括多組光伏組件串接組合、併網逆變器，所述光伏組件串接組合併聯到所述併網逆變器，將電能輸送到電網，其特徵在於，還包括上述光伏組件監測裝置，所述光伏組件監測裝置用於監測所述光伏組件的特性信號。

採用上述優選的方案，實時監測光伏組件，確保光伏發電系統安全穩定。

進一步地，還包括蓄電池、蓄電池控制單元，所述蓄電池與所述光伏組件串接組合相互並聯在光伏發電系統中，所述蓄電池控制單元可以控制所述光伏組件串接組合對所述蓄電池充電，所述蓄電池控制單元還可以控制所述蓄電池對所述光伏組件串接組合中的光伏組件施加反向偏向電壓。

採用上述優選的方案，白天正常發電的同時，有序對蓄電池充電，晚間對光伏組件施加反向偏向電壓，以消除光伏組件的pid現象，提高白天光伏組件的發電效率。

進一步地，所述蓄電池與所述併網逆變器間的迴路中連接有第三繼電器，所述光伏組件串接組合與所述併網逆變器負極的迴路中連接有第四繼電器，所述第三繼電器、第四繼電器與所述蓄電池控制單元信號連接。

採用上述優選的方案，所述蓄電池控制單元根據蓄電池剩餘電量及光伏組件的發電狀況，通過第三繼電器、第四繼電器，有序地控制蓄電池的充放電，通過控制與單個光伏組件相串並聯的第一繼電器、第二繼電器配合通斷，有序地控制充放電。

進一步地，還包括遠程監控後臺，所述遠程監控後臺通過所述無線通信單元與所述微控制單元通信，所述遠程監控後臺還與蓄電池控制單元信號連接；所述遠程監控後臺通過所述北鬥導航定位單元獲取光伏組件的位置信息，進而獲得當地標準光照特性數據，將接收到的光伏組件特性數據與當地標準光照特性數據比較分析，通過第一繼電器、第二繼電器控制光伏組件的通斷；所述遠程監控後臺根據接收到的光伏組件特性數據，控制白天所述光伏組件串接組合對所述蓄電池充電，控制夜間所述蓄電池對光伏組件有序施加反向偏向電壓。

採用上述優選的方案，能整體優化光伏發電系統的充放電，及時消除光伏組件的pid現象，提高光伏發電系統發電效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明光伏組件監測裝置一種實施方式的結構示意圖；

圖2是本發明光伏發電系統一種實施方式的結構示意圖。

圖中數字和字母所表示的相應部件的名稱：

1-光伏組件監測裝置；11-電壓採樣單元；12-電流採樣單元；13-溫度傳感器；14-溼度傳感器；15-rs485接口單元；16-無線通信單元；17-計量晶片；18-微控制單元；21-蓄電池；22-蓄電池控制單元；23-第三繼電器；24-第四繼電器；3-光伏組件；31-第一繼電器；32-第二繼電器；4-併網逆變器；5-電網；6-遠程監控後臺。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

如圖1所示，一種光伏組件監測裝置，電壓採樣單元11，與光伏組件電連接，用於採集光伏組件的電壓信號；

電流採樣單元12，與光伏組件電連接，用於採集光伏組件的電流信號；

溫度傳感器13，安裝在光伏組件上，用於採集光伏組件的溫度信號；

溼度傳感器14，安裝在光伏組件上，用於採集光伏組件的溼度信號；

控制單元，用於接收所述電壓採樣單元、電流採樣單元、溫度傳感器、溼度傳感器採集的光伏組件信號數據；

無線通信單元16，與所述控制單元連接，用於將所述控制單元數據傳輸到遠程監控後臺的無線接收裝置。

採用上述技術方案的有益效果是：實現對光伏組件的電壓、電流、溫度、溼度實時監測，通過無線通信方式上傳遠程監控後臺，便於及時發現異常，主動提醒，避免發生嚴重損失。

在本發明的另一些實施方式中，為了達到優化監測裝置結構的目的，所述控制單元包括計量晶片17、微控制單元18，計量晶片17與微控制單元18信號連接，電壓採樣單元11、電流採樣單元12與計量晶片17連接，溫度傳感器13、溼度傳感器14與微控制單元18連接。採用上述技術方案的有益效果是：有效優化監測裝置結構，節省安裝空間。

在本發明的另一些實施方式中，為了達到獲得光伏組件位置信息的目的，還包括北鬥導航定位單元，所述北鬥導航定位單元與無線通信單元信號16連接。採用上述技術方案的有益效果是：便於採集光伏組件地理位置信號，遠程監控後臺根據地理位置信號聯網查詢獲取當地光照特性數據，並與監測裝置上傳數據進行比對，可以更精準判定異常信號的準確度。

如圖2所示，在本發明的另一些實施方式中，為了達到方便控制異常光伏組件的目的，還包括第一繼電器31、第二繼電器32，第一繼電器31、第二繼電器32與微控制單元18信號連接，第一繼電器31串接在光伏組件3的輸出端，第二繼電器32與光伏組件3並聯在光伏發電系統中。採用上述技術方案的有益效果是：當監測到光伏組件3特性信號異常時，通過第一繼電器31切斷髮生異常的光伏組件與光伏發電系統的連接通路，通過第二繼電器32的接通，確保與異常光伏組件相串接的其他光伏組件的正常工作。

在本發明的另一些實施方式中，為了達到增加rs485接口的目的，還包括rs485接口單元15，rs485接口單元15與微控制單元18連接；計量晶片17具體為rn8209計量晶片，微控制單元18採用mcupd78f0527。採用上述技術方案的有益效果是：可以根據光伏組件當地條件，選擇採用rs485接口進行數據交互，提高穩定性。

一種光伏發電系統，包括多組光伏組件串接組合、併網逆變器，所述光伏組件串接組合併聯到所述併網逆變器，將電能輸送到電網，其特徵在於，還包括上述光伏組件監測裝置1，光伏組件監測裝置用於監測光伏組件3的特性信號。

採用上述技術方案的有益效果是：實時監測光伏組件，確保光伏發電系統安全穩定。

在本發明的另一些實施方式中，為了達到消除光伏組件pid現象的目的，還包括蓄電池21、蓄電池控制單元22，蓄電池21與所述光伏組件串接組合相互並聯在光伏發電系統中，蓄電池控制單元22可以控制所述光伏組件串接組合對蓄電池21充電，蓄電池控制單元22還可以控制蓄電池21對所述光伏組件串接組合中的光伏組件3施加反向偏向電壓。採用上述技術方案的有益效果是：白天擇機對蓄電池21充電，晚間對光伏組件3施加反向偏向電壓，以消除光伏組件3的pid現象，提高白天光伏組件的發電效率。

在本發明的另一些實施方式中，為了達到方便控制正常發電與向蓄電池儲電有序切換的目的，蓄電池21與併網逆變器4間的迴路中連接有第三繼電器23，所述光伏組件串接組合與併網逆變器4負極的迴路中連接有第四繼電器24，第三繼電器23、第四繼電器24與蓄電池控制單元22信號連接。採用上述技術方案的有益效果是：所述蓄電池控制單元22根據蓄電池21剩餘電量及光伏組件3的發電狀況，通過第三繼電器23、第四繼電器24，有序地控制蓄電池的充放電，通過控制與單個光伏組件3相串並聯的第一繼電器31、第二繼電器32配合通斷，有序地控制充放電。

在本發明的另一些實施方式中，為了達到方便監控及優化控制的目的，還包括遠程監控後臺6，遠程監控後臺6通過無線通信單元16與微控制單元18通信，遠程監控後臺6還與蓄電池控制單元22信號連接；遠程監控後臺6通過所述北鬥導航定位單元獲取光伏組件3的位置信息，進而獲得當地標準光照特性數據，將接收到的光伏組件特性數據與當地標準光照特性數據比較分析，通過第一繼電器31、第二繼電器32控制光伏組件3的通斷；遠程監控後臺6根據接收到的光伏組件3特性數據，控制白天光伏組件3串接組合對蓄電池21擇機充電，控制夜間蓄電池21對光伏組件3有序施加反向偏向電壓。採用上述技術方案的有益效果是：能整體優化光伏發電系統的充放電，及時消除光伏組件的pid現象，提高光伏發電系統發電效率。

本光伏發電系統控制原理如下：

1.遠程監控後臺通過光伏組件監測裝置獲得各光伏組件的電流值、溫度值，超出上限臨界值時切斷異常光伏組件與光伏發電系統的連接通路；

2.遠程監控後臺通過北鬥導航定位單元獲取光伏組件的位置信息，獲得當地標準光照特性數據，判定本日光照是否具備向蓄電池充電條件；

3.遠程監控後臺通過蓄電池控制單元獲得蓄電池的剩餘電量信號，低於蓄電池電量臨界值時且滿足上述第2條光照特性時，當日實施充電，再根據光伏組件串接組合實際發電量來判定分配給蓄電池充電的光伏組件數量；

4.遠程監控後臺通過光伏組件監測裝置獲得的光伏組件發電電流、電壓值判定是否小於下限臨界值，再結合檢測到的溫溼度數據，判定晚間是否通過蓄電池施加反向電壓，以消除pid現象。

上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓本領域普通技術人員能夠了解本發明的內容並加以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍，凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍內。