CN101860273A - 用于光伏面板的防盗和监视系统 - Google Patents
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Abstract
用于多个光伏面板(1)的防盗和监视系统(10，11)，其中面板(1)通过连接线路(L)连接到配电站(5)。监视系统(10，11)包括关联于配电站(5)的第一单元(11)，其中第一单元(11)设计成生成激活码(4)，和关联于面板(1)的多个第二单元(10)，其中第二单元(10)中的每个设计成激活码(4)在一预设期之内不存在的情况下禁止相应面板(1)的工作。此外，每个第二单元(10)通过由第一单元(11)生成的唯一激活码(4)选择性可激活。此外防盗和监视系统配置成通过发送对应的唯一激活码(4)到连接线路(L)上和通过测量装置(22)检测个体工作面板(1)的电压和电流特性而选择性地激活个体面板(1)。
Description
技术领域
本发明涉及用于光伏面板的防盗和监视系统。
背景技术
在过去几年中已经见证光伏技术相当大的扩张；特别地，它在偏远地区是非常有利的，在这里所述技术对于电能的分布式发电一直占据战略作用。然而，因为在大多数情况下它们处于未被监管的地点，使得它们面对光伏面板盗窃的高风险。
提供当光伏面板从供电线路分离时将阻止光伏面板工作的防盗系统的想法例如从国际专利申请号WO97/42664获知。
该文献描述用于通过连接线路连接到配电线路的光伏面板的防盗装置。特别地，该防盗装置包括关联于配电线路的第一单元和关联于面板的第二单元。第一单元设计成生成激活码，而第二单元设计成在所述激活码不存在的情况下禁止面板工作。
在具有大量面板的光伏电站中，出现对具有可用的监视功能的需要，其将能够识别表现反常行为的面板以便安排对其清洁和/或更换的干预。
发明内容
本发明的目的是提供防盗系统，其将也使光伏面板的监视成为可能，并且将是简单、可靠和便宜的。
根据本发明，所述目的由具有形成权利要求1的主旨的特性的监视系统实现。本发明还涉及对应的程序。
本发明有利地利用防盗装置的特性以同样提供监视功能。这样，即再利用已经安装的硬件，实现了执行监视和诊断的操作的可能性而不要求安装专用系统。
防盗装置可以应用于任何光伏面板，例如在它的加工处理步骤(层压)期间，并且这排除了窜改防盗装置或移除防盗装置而没有不可恢复地损伤光伏面板的任何可能性。
如将从接着的说明清楚地出现的，通过适当地管理在激活码不存在的情况下禁止面板工作的防盗系统，执行光伏现场的监视是可能的。
本发明的主要特性中之一精确地在于防盗装置和监视系统的功能的结合。所述功能使用关于面板和用于监视的集中式硬件的相同硬件，其进而用于驱动连接光伏面板现场到电力总线的逆变器。监视硬件还可以在其装置上具有GPS系统用于防止结合到逆变器的面板的盗窃。
附图说明
本发明的另外的特性和优势将从接着参照附图的说明出现，附图纯粹通过非限制性示例的方式提供并且其中：
图1示出配备有防盗装置的光伏电站的示例；
图2示出在光伏面板内的防盗装置的放置的示例；
图3详细示出形成光伏面板的电池之间的防盗装置的连接；
图4是面板的一部分的剖视图；
图5示出监视系统的构架的示例；
图6详细示出图5的面板的现场；和
图7、8和9示出监视系统的三个不同实施例。
具体实施方式
在说明的第一部分中详细描述的是防盗装置的工作。相反在说明的第二部分中描述的是监视系统的工作，监视系统使用前述防盗装置用于对组成光伏电站的个体面板的诊断的目的。
参照图1，通过连接线路L连接到配电站5的光伏面板1的防盗装置包括关联于配电站5的第一单元11和关联于面板1的多个第二单元10。第一单元11设计成生成激活码4并且第二单元10中的每个设计成在激活码4不存在的情况下禁止相应面板1的工作。
再次参照图1，多个光伏面板1并行连接到整体由L指示的连接线路的两个导线以形成光伏电站。
由光伏面板1产生的能量以d.c.电流CC的形式。为了转换d.c.电流CC为a.c.电流AC，将逆变器装置引入电站是必须的，其在图1中由标号5指示。在d.c.电流CC直接可用的所有情况下，逆变器是不存在的。然而，在本文续篇中，我们将继续提到逆变器以指示单元4将插入其中的电路位置。
使用的防盗装置包括在电站侧上关联于配电站5的第一单元11，和关联于面板1的多个第二单元10。
第一单元11包括码生成器4，其生成激活码并且用预设步调信号(pre-set cadence)发送它到连接线路L的导线上，和起防止由码生成器4生成的高频信号向逆变器5的下游和向面板1的上游传播的作用的电感6。
再次参照图1，第二单元10的实施例的示例包括计数器2a、存储元件2b、逻辑单元2c和开关3。此外存在有电感6，其起防止由码生成器4生成的信号传播到光伏面板1的作用，和电容器7，其起传输由码生成器4生成的高频信号到逻辑单元2c的作用。
存储单元2b在它内部存储激活码的副本，用于使用到达连接线路L的码来解码。存储单元2b优选地是ROM(只读存储器)，并且激活码可以在安装期间由用户写入和定制，或在工厂中写入或定制，工厂将必须将该码传送给用户。
在每个面板1内的计数器2a起标记激活码的等待时间的作用。
码生成器4以定期间隔在线路L发送激活码。逻辑单元2c使用在连接线路L上存在的激活码来处理存储的码以激活开关3。逻辑单元2c配置用于在解码操作正输出的情况下复位计数器2a。
在解码操作负输出的情况下，计数器2b不被逻辑单元2c复位并且继续计数直到它达到预设配置。该情况例如当面板被从电站拿走并且在预设等待时间内未接收到激活码时出现。在这点上，逻辑单元2c发出用于断开开关3的命令以去激活相应面板1的工作。开关3可以例如是FET(场效应晶体管)。
因此，激活码在一预设期之内不存在的情况下每个第二单元10禁止相应面板1的工作。
激活码不必是特别复杂的但必须确保安全以便加速由逻辑单元2c执行的解码步骤并且限制成本。激活码在连接线路L上不是一直存在的，而由码生成器4用预设步调信号发送到其上。该码将以难以解码的这样的方式来加密。
与第一单元11一起执行防盗装置的功能的第二单元10关联于面板。第二单元10可以是外部的或其他，为了更大的安全性它们可以集成在光伏面板自身内。
图2示出例如集成在光伏面板1内的第二单元10以便排除对其窜改或移除的而没有损伤面板的任何可能性。该特性可以在任何情况下通过放置第二单元10而获得，其采用如果面板被窜改则会损伤面板的这样的方式。
在图2和3中，可注意到每个光伏面板1包括多个串联连接在一起的光伏电池，由标号8指示。
每个光伏电池8从具有圆形横截面的硅圆柱棒开始获得。薄片从该棒获得并且然后被切割以便形成具有倒圆角的边角的方形电池。这起优化电池在面板内彼此沿边的设置的作用以便使面板的最大可能表面覆盖有电池。
特别参照图3，为了保证整个光伏面板1的电连接的连续性，提供旁路二极管9，其与串联连接的电池组并联连接。这起防止由于存在遮挡光伏电池8的树叶、昆虫或物体引起遮挡的现象而使它实际上成为开路电路。
在图2和3中图示的示例中，第二单元10放置成以便不被二极管9旁通。
特别地，当开关3闭合时，即当面板连接到电站并且用预设步调信号接收激活码时，第二单元10整体表现为短路电路，并且当面板从电站断开连接时为开路电路。在面板的安装期间该行为是非常有利的，因为它保证安装者的安全。因此当正在安装面板1时防盗装置也充当保护负责安装的人员的装置。
防盗装置由组成电站的光伏面板供电。在没有太阳光的情况下它不工作。当面板被太阳光照射时，开关3导通并且计数器2b开始计数。当面板1的逻辑单元2c接收在连接线路L上的激活码时，它对其解码，并且在正结果的情况下，对计数器2a复位，从而产生第一激活。
特别地，第二单元10表现为启动开关，其允许相应光伏面板1产生电流。
特别参照图4，光伏面板1具有夹层结构，具有用金属或玻璃片制成的底层14，用EVA(乙烯醋酸乙烯酯)(ethyl vinyl acetate)树脂制成的中间层15，和用玻璃制成的顶层12，该中间层12具有包封电池8的功能以及确保电池8之间粘连的功能。第二单元10可以例如嵌入在用EVA制成的中间层中。
因为第一单元11(其通常被很好地保护在砌体结构中或配电站中)可以与面板1一起被偷走，对于它有必要进而用另一种类型的防盗装置保护。
从之前描述的光伏电站开始，其中每个面板配备有单元10，其表现为允许相应光伏面板1产生电流的启动开关，利用适当的管理，可以检测每个面板的伏特安培计特性。与绝缘相关的每个面板的工作的特性可以用于驱动逆变器。这实现了每个个体面板的工作的监控和整个光伏电站的效率最大化，此外向远程系统供应工作信息。
特别地，相同的防盗装置可以用于选择性地激活/去激活每个个体面板1和获得用于诊断目的(用于识别在电站中出现低效率的面板和用于干预，例如清洁或更换它们)的电压/电流特性。
参照图5，光伏面板现场整体由标号20指示。现场20的面板中的每个配备有本地单元，其与中央单元一起形成之前描述的防盗装置。
本文描述的监视系统能够选择性地激活和/或去激活电站20内的每个个体光伏面板1。为了能够做到此，每个面板1关联有与其他面板的激活码不同的唯一激活码。每个面板的激活码存储在关联于面板1的第二单元10中存在的对应存储元件2b中。
设置在配电站5中的码生成器4循环地生成不同的激活码以便选择性地激活/去激活所有面板1。
在正常的工作条件下，码生成器4循环地生成所有激活码并且用给定步调信号将它们发送到连接线路L的导线上。每个激活码激活单个面板1，并且相应计数器2a开始它的计数以标记发送下一个激活码的等待时间。因此，在正常工作条件中，所有面板1是工作的并且产生能量，能量通过逆变器5发送到网络30。逆变器5和网络30之间存在保护系统28，其具有以安全的方式连接光伏电站20到网络30的目的。
保护系统28包括BOS(系统平衡)参数，其将由于接头、电缆、连接、变压器或计量设备等引起的所有损耗考虑在内。如果例如BOS是85％(其代表在不存在特别复杂的结构的电站中出现的平均值)，它意思是转变为a.c.电流的太阳能的整体损耗共计15％。
在该情况下，如果面板1从电站20移走，在短时间后只要单元10没有接收到相应激活码则所述面板的工作被禁止。因此，防盗功能被维持。
在开始监视会话之前，系统通过发送特定的去激活码或别的通过等待所有计数器2a的计数期满而不发送新的激活码，来去激活电站20的所有面板1。
一旦所有面板1已经被去激活，码生成器4生成单个激活码并且将它发送到连接线路L的导线上，激活对应的面板1，其开始导通并且产生能量。这样，在该时刻仅一个面板1连接到逆变器5。
此外监视系统设计了测量装置22用于检测工作面板的特性，即测量由该个体面板1供应到逆变器5的电压和电流。
每个个体面板1收集的信息由处理器24处理，其能够检测整体电压/电流特性。例如，整个现场的整体特性由这些个体面板的特性的总和来代表。
为了加速整个电站的监视的扫描，由装置22执行的测量操作一旦完成，监视系统就可以发送去激活信号到工作面板，而不需要等待由对应的计数器2a设置的循环时间过去。
处理器24发送所述特性到逆变器5，其能够通过作用于系统的工作点(即，通过改变逆变器5对现场20呈现的输入阻抗)而优化光伏现场20的效率。
此外可存在连接到处理器24的周边设备32以便使监视系统能够与操作者互动。
在优选实施例中，此外提供有光伏传感器26，其以与面板1相同的方式取向并且使用与面板自身使用的那个相同的光敏元件，并且起通过提供比较的项目完成检测的信息的作用。特别地，如果在某个瞬间太阳被乌云遮盖，预期较低的能量产量是合理的。因此传感器26起适当地识别这些情况的作用。因此，在这样的情况下面板的低效率将归因于大气原因而非面板自身的任何故障，并且在所述面板1上将不需要物理干预。
布局或列表对每个系统可用，布局或列表在激活码的基础上实现电站内的个体面板的物理位置的确定。这样，一旦已经确定给定面板存在问题(例如，低效率)，在面板自身上物理地干预是可能的。
因此激活码执行两个不同的功能：一是保护，就此来说是它充当防盗系统的激活码；并且另一个是用于监视系统对面板的唯一识别。
在图6中表示的是两串关于连接线路L并联连接的面板1。在每串中，面板而是采用串联配置连接在一起。如可从图6看见的，关联于每个面板1的是并联连接到面板自身的旁路二极管9，其使面板的上游产生的电流能够绕过所述面板(如果它被禁止或破坏)。
如之前已经提到的，每个面板1在它内部包含单元10，其设计成如果它未被连接线路L上发送的对应激活码循环地激活则通过开关3阻止面板的工作。在一些备选实施例中，激活码可以在专用线路A上传播。
接线盒40在连接线路L和每个面板1之间设置，由单元11发送的码通过该接线盒40。特别地，参照图1，接线盒40包括电感6，其起防止由码生成器4生成的信号传播到光伏面板1作用，和电容器7，其具有将由码生成器4生成的高频信号带到逻辑单元2c的目的。
在图7至9中示出的是监视系统的三个不同的实施例。
在图7至9中，与已经参照前面的图1至6描述的部件、元件或组件相同或等同的部件、元件或组件用相同的标号指示，这样不用重复多余的对应的说明。
接线盒40可以从激活信号得到起对单元10供电的作用的能量。
此外，可设计直接通过在面板1内的线路19使用由电池8供应的能量对单元10供电。在该情况下，电池8必须被太阳光照射或必须从接线盒40接收能量，接线盒40从携带激活码的信号中得到能量。
参照图7，激活信号可以在专用线路A(该线路在它的特性阻抗Z上是闭合的以防止信号反射的现象)上发送。在该特定情况下，在接线盒40内存在具有高阻抗输入的解调器17，其具有解调到达专用线路A上的信号的目的。
备选地，激活信号可以通过无线电发送，如在图8中图示的；在该情况下，解调器17通过天线27接收无线信号，并且对单元10的电路的供电必须必定通过线路19从面板1得到。
最后，在图9中信号直接在输电线上传播。在该情况下，元件17是自由地传递a.c.分量并且检索信息(即，高频信号)的变压器。利用该类型的设置，有必要设计并联连接于旁路二极管的电容器29以使高频信号(在高频下电容器表现为短路)能够通过。
此外设计以共轭方式工作的监视系统是可能的；即，它通过一次去激活单个面板来执行它的监视功能以保持产能是工作的。
在本说明的上下文中“一个实施例”的提及是打算表示关于该实施例描述的特定配置、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，例如可在本说明的各种地方存在的“在一个实施例中”等短语不一定指相同的实施例。此外，特定构造、结构或特性可以足够地结合在一个或多个实施例中。
本文使用的标号仅为了方便而被采用，并且因此不限定保护的范畴或实施例的范围。
Claims (15)
1.一种用于多个光伏面板(1)的防盗和监视系统(10，11)，其中所述面板(1)通过连接线路(L)连接到配电站(5)，所述监视系统(10，11)包括关联于所述配电站(5)的第一单元(11)，其中所述第一单元(11)设计成生成激活码(4)，以及关联于所述面板(1)的多个第二单元(10)，其中所述第二单元(10)中的每个设计成激活码(4)在一预设期之内不存在的情况下禁止相应面板(1)的工作，其中所述第二单元(10)中每个通过由所述第一单元(11)生成的唯一激活码(4)而选择性地可激活。
2.如权利要求1所述的防盗和监视系统(10，11)，其特征在于，所述第一单元(11)包括激活码生成器(4)，其生成多个不同的激活码并且以预设步调信号将它们发送到所述连接线路(L)上。
3.如权利要求2所述的防盗和监视系统(10，11)，其特征在于所述第二单元(10)中每个包括：
存储元件(2b)，其设计成在它内部存储相应面板的唯一激活码(4)；
计数器(2a)，其设计成对前述唯一激活码(4)的等待时间进行计数；
逻辑单元(2c)，其设计成用存储在存储单元(2b)中的激活码处理在所述连接线路(L)上存在的激活码(4)，其中所述逻辑单元(2c)配置成用于在解码操作正输出的情况下复位所述计数器元件(2a)；以及
开关(3)，其由所述逻辑单元(2c)管理，所述开关(3)设计成当计数器元件(2a)达到预设配置时去激活所述面板(1)的工作。
4.如权利要求3所述的防盗和监视系统(10，11)，其特征在于，前述第一单元(11)的激活码生成器(4)设计成生成去激活码，并且特征在于，前述第二单元(10)中每个的逻辑单元(2c)设计成控制对应开关(3)的断开用于当它接收到前述去激活码时去激活所述面板(1)的工作。
5.如权利要求4所述的防盗和监视系统(10，11)，其特征在于，此外它还包括用于检测个体工作面板(1)的电压和电流的特性的测量装置(22)，和处理器模块(24)，其设计成从通过前述测量装置(22)检测的所述个体面板(1)的特性开始来检测总体特性，以及发送前述总体特性到配电站(5)，并且特征在于所述配电站(5)根据前述总体特性来改变它的输入阻抗。
6.如权利要求5所述的防盗和监视系统(10，11)，其特征在于此外它还包括光伏传感器(26)，其采用与所述面板(1)相同的方式取向并且具有与所述面板(1)的相同的光敏元件用于供应关于绝缘的大气状况的附加信息。
7.如权利要求3至6中任一项所述的防盗和监视系统(10，11)，其特征在于：
所述存储元件(2b)是ROM；
所述开关(3)是FET；以及
每个光伏面板(1)包括多个串联连接在一起的光伏电池(8)，并且所述第二单元(10)设置在两个光伏电池(8)之间。
8.如权利要求7所述的防盗和监视系统，其特征在于，每个光伏面板(1)包括与多个光伏电池(8)并联设置的多个旁路二极管(9)，并且特征在于每个第二单元(10)放置成以便不被所述旁路二极管(9)旁通。
9.如权利要求1至8中任一项所述的防盗和监视系统，其特征在于，所述多个中的每个第二单元(10)由相应光伏面板供电(19)。
10.如权利要求1至9中任一项所述的防盗和监视系统，其特征在于，激活码：
-在它的特性阻抗(Z)上闭合的专用线路(A)上传输以防止反射现象；
-通过无线电传输；或
-直接在所述连接线路(L)上传输。
11.如权利要求1至10中任一项所述的防盗和监视系统，其特征在于，所述配电站(5)包括配备有基于GPS技术的防盗装置的逆变器单元。
12.一种用于监视多个光伏面板(1)的程序(10，11)，其中所述面板(1)通过连接线路(L)连接到配电站(5)，所述程序包括步骤：
关联第一单元(11)到所述配电站(5)，其中所述第一单元(11)设计成生成激活码(4)；以及
关联第二单元(10)到每个面板(1)，其中所述第二单元(10)设计成激活码(4)在一预设期之内不存在的情况下禁止相应面板(1)的工作，并且其中所述第二单元(10)通过由所述第一单元(11)生成的唯一激活码(4)而选择性可激活。
13.如权利要求11所述的程序，其特征在于，此外它还包括通过发送去激活码或在给定时间段之内中断所述激活码(4)的生成和发送而去激活所有面板(1)的步骤。
14.如权利要求12所述的程序，其特征在于，此外它还包括步骤：
-通过在所述连接线路(L)上发送对应的唯一激活码(4)选择性地激活个体面板(1)；以及
-检测所述个体工作面板(1)的电压和电流特性。
15.如权利要求13所述的程序，其特征在于，此外它还包括在所述个体工作面板(1)的特性的测量步骤结束时发送去激活信号用于去激活个体工作面板(1)的步骤。
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