CN101958665A - 光伏组件用接线盒的监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏组件用接线盒的监测方法，具有以下步骤：a、在接线盒内部设置电信号采集点，采集接线盒内的电压、电流、温度和磁通量信号，采集的信号传入信号检测盒；b、信号检测盒将接收到的信号进行处理计算后所得数据通过信号输出端口输出；c、数据传输通道将信号输出端口输出的数据传输到终端监控器；d、终端监控器对接收的数据进行识别，并确认对应接线盒所在的光伏电池组件的区域；e、终端监控器对数据进行统计分析处理，判断接线盒的工作状态，确定接线盒所对应的光伏电池片串的实时工作状况，定位找到损坏的电池片。本发明解决了目前对光伏系统实时工作状况缺乏有效的监测控制、无法一步定位找到损坏的电池片的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光伏系统技术领域，尤其是一种用于可监测光伏系统实时工作状况的光伏组件用接线盒的监测方法。
背景技术
目前在光伏系统中所用的接线盒一般都只有单一的接线导通功能，并不能反应所连接的光伏组件的实际工作状况，当系统中的电池片串中有某个电池片出现故障时，电流就从与该电池片串相并联的接线盒中的二极管上通过，二极管持续工作后会产生热量，并损耗掉一部分电能，由于二极管长时间在高温状态下工作极易造成损坏而出现短路，从而使光伏系统的发电功率下降，因此，需要尽快找出有故障的电池片，但目前只能采取逐步查找的方式对电池片进行检查，无法一步定位找到损坏的电池片，工作繁琐且效率低，同时，目前对光伏系统实时工作状况缺乏有效的监测控制，难以通过对接线盒内二极管工作时各项参数的测定，从电压、电流、磁通量及温度等方面的变化来实时判断光伏系统的工作正常与否。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种光伏组件用接线盒的监测方法，通过对接线盒内部二极管的表面温度和磁通量、接线座上的电压和电流参数的监测分析，达到实时监测光伏系统工作状况的目的，并定位找到损坏的电池片，及时修复。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种光伏组件用接线盒的监测方法，具有以下步骤：a、在接线盒内部设置电信号采集点，采集接线盒内的电压信号、电流信号、温度信号和磁通量信号，通过导线将采集的信号传入信号检测盒；b、信号检测盒将接收到的信号进行处理计算后所得数据通过信号输出端口输出；c、数据传输通道将信号输出端口输出的数据传输到终端监控器；d、终端监控器对接收的数据进行识别，并确认对应接线盒所在的光伏电池组件的区域；e、终端监控器系统对数据进行统计分析处理，判断接线盒的工作状态，确定接线盒所对应的光伏电池片串的实时工作状况，定位找到损坏的电池片。
具体说，所述的电压信号是指接线盒内相邻两个接线座之间的电压，用以反映与该接线座相并联的电池片串两端的电压；电流信号是指接线盒内连接光伏线缆的接线端子上流过的电流值，以反映所对应的电池片串产生的电流值；温度信号包括二极管表面工作温度和接线盒内部环境温度，用以判断二极管是否处于工作状态及接线盒内部环境温度是否在合理的范围内；磁通量信号用以监测二极管上的磁场变化状况并以此判断二极管上是否有反向电流流过。
为能及时定位损坏的电池片，所述的信号检测盒具有电性连接的集成电路板和编码器，集成电路板上有控制器、电能存储器、超低功耗处理器和无线发射器四个功能模块，控制器接收从接线盒内采集的电压信号、电流信号、温度信号以及磁通量信号，经稳压和防反冲处理后传输到超低功耗处理器进行集成计算，计算结果通过信号输出端口传输到终端监控器，控制器接收的电能由电能存储器储存，编码器对信号检测盒进行编码识别，从而使光伏系统中的每个组件、编码、区域位置之间实现一一映射的关系，便于找到损坏的电池片。
所述的数据传输通道采用有线传输方式或无线传输方式，当信号检测盒的数据通过有线端口输出时，则借助有线的专用数据传输控制线以及UART或CAN总线等方式传输给终端监控器进行分析控制；当信号检测盒的数据通过无线端口输出时，其无线传输方式包括了以下几种形式：专用的RF传输，配合若干个中继控制器将每个信号检测盒发出的无线信号进行放大和中转；GSM/GPRS形式通过电信公用网络传输；WIFI局域网络方式等传输，最终传递到终端监控器。
所述的终端监控器包括电脑服务器、显示屏、数据库分析软件，数据传输通道把接线盒的数据发送给终端控制器的接收端口，接收端口将数据传输给电脑服务器，通过数据库分析软件进行分析处理，从而提取接收的每段数据的信号检测盒编码、电参数值，根据提取的信号检测盒编码就是知道对应位置的接线盒内电参数性能，从而了解接线盒内电压、电流、温度、磁通量的信号状态，并在屏幕上显示出来。
本发明的有益效果是：本发明采用传感监测技术，通过信号检测盒对接线盒内二极管、接线座上的电压、温度、磁通量及电流进行测定和集成分析计算，并将计算结果传输到终端监控器分析处理，以实现对光伏发电系统运行状况指标全方位的实时检测和监控，准确定位损坏的电池片，及时反馈光伏发电系统的问题信息，从而可缩短维修时间和维修成本，降低劳动强度，保证光伏发电系统稳定的发电量，保障电站的经济效益。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的工作原理框图。
图2是本发明所述的信号检测盒结构示意图。
图3是图2中A-A剖视图。
图中1、接线盒 1.1、底座 1.2、上盖 1.3、接线座 1.4、二极管2、信号检测盒 4、电压采集点 5、温度采集点 51、第一温度采集点52、第二温度采集点 53、第三温度采集点 6、磁通量采集点 7、电流检测点 8、集成电路板 81、控制器 82、电能存储器 83、超低功耗处理器 84、无线发射器 9、信号输出端口 91、发射天线 92、有线端口 10、检测线路11、编码器
具体实施方式
如图1所示的一种光伏组件用接线盒的监测方法的工作原理框图，该监测方法具有以下步骤：a、在接线盒1内部设置电信号采集点，采集接线盒1内的电压信号、电流信号、温度信号和磁通量信号，通过导线将采集的信号传入信号检测盒2；b、信号检测盒2将接收到的信号进行处理计算后所得数据通过信号输出端口9输出；c、数据传输通道将信号输出端口9输出的数据传输到终端监控器；d、终端监控器对接收的数据进行识别，并确认对应接线盒1所在的光伏电池组件的区域；e、终端监控器对数据进行统计分析处理，判断接线盒1的工作状态，确定接线盒1所对应的光伏电池片串的实时工作状况，定位找到损坏的电池片。
上述监测步骤中，所述的电压信号是指接线盒1内相邻两个接线座1.3之间的电压，用以反映与该接线座1.3相并联的电池片串两端的电压；电流信号是指接线盒1内连接光伏线缆的接线端子上流过的电流值，以反映所对应的电池片串产生的电流值；温度信号包括二极管1.4表面工作温度和接线盒1内部环境温度，用以判断二极管1.4是否处于工作状态及接线盒1内部环境温度是否在合理的范围内；磁通量信号用以监测二极管1.4上的磁场变化状况并以此判断二极管1.4上是否有反向电流流过。
为能及时定位损坏的电池片，所述的信号检测盒2内具有集成电路板8和编码器11，集成电路板8上有控制器81、电能存储器82、超低功耗处理器83和无线发射器84四个功能模块，控制器81接收从接线盒1内采集的电压信号、电流信号、温度信号以及磁通量信号，经稳压和防反冲处理后传输到超低功耗处理器83进行集成计算，计算结果通过信号输出端口9传输到终端监控器，控制器81接收的电能由电能存储器82储存，编码器11对信号检测盒2进行编码识别，从而使光伏系统中的每个组件、编码、区域位置之间实现一一映射的关系，便于找到损坏的电池片。
所述的数据传输通道可采用有线传输方式与无线传输方式，当信号检测盒2的数据通过信号输出端口9的有线端口输出时，则借助有线的专用数据传输控制线以及UART或CAN总线等方式传输给终端监控器进行分析控制；当信号检测盒2的数据通过信号输出端口9的无线端口输出时，其无线传输方式包括了以下几种形式：专用的RF传输，配合若干个中继控制器将每个信号检测盒2发出的无线信号进行放大和中转；GSM/GPRS形式通过电信公用网络传输；WIFI局域网络方式等传输，最终传递到终端监控器。
所述的终端监控器包括电脑服务器、显示屏、数据库分析软件，数据传输通道把接线盒1的数据发送给终端控制器的接收端口，接收端口将数据传输给电脑服务器，通过数据库分析软件进行分析处理，从而提取接收的每段数据的信号检测盒编码、电参数值，根据提取的信号检测盒2编码就是知道对应位置的接线盒1内电参数性能，从而了解接线盒内电压、电流、温度、磁通量的信号状态，并在显示屏上显示出来。
如图2、图3所示的本发明所述的信号检测盒结构示意图，信号检测盒2与要检测的接线盒1卡接，接线盒1内设有接线座1.3和连接相邻两接线座1.1的二极管1.4，接线盒1内设有测定相邻两个接线座1.3之间电压的电压采集点4、测定接线盒1内部环境温度和二极管1.4工作温度的温度采集点5、测定二极管1.4瞬间电磁感应的磁通量采集点6以及检测接线座1.3所流过电流的电流检测点7，信号检测盒2内设有集成电路板8和信号输出端口9，电压采集点4、温度采集点5、磁通量采集点6和电流检测点7通过检测线路10与集成电路板8电性连接，集成电路板8将从接线盒1中采集的电参数、温度参数和磁通量参数集成处理后，通过信号输出端口9将处理结果传输到终端监控器。
电压采集点4是设在相邻两个接线座1.3的导电体上，由于接线座1.3是与相对应的太阳能电池片串串联连接的，即两个接线座1.3之间的电压就是对应的两电池片串两端的电压，当某个电池片串出现故障，工作失效时，两端的电压就会降低而发生变化，相应的两个接线座1.3之间的电压同时产生变化，这时电压采集点4就可将电压变化的信息传递到信号监测盒2内进行处理。
所述的温度采集点5包括设在二极管1.4外表面上的第一温度采集点51、设在接线盒1底座1.1的内表面中心线上且位于两接线座1.3之间的第二温度采集点52以及设在与二极管1.4相贴近的接线盒1上盖1.2外侧面上的第三温度采集点53，其中第一温度采集点51用于监测二极管1.4的工作状态，当与二极管1.4相并联的电池片正常工作时，电流从电池片上通过，二极管1.4处于不工作状态，也就不会发热，当电池片出现故障而断路时，电流就从二极管1.4通过，由于二极管1.4自身的电压降与内电阻而造成二极管1.4产生大量的热能导致温度升高，此时第一温度采集点51将监测到的二极管1.4的温度变化信息传递到信号检测盒2内进行处理；第二温度采集点52则用于测量接线盒1内的工作环境温度，由于接线盒1底部与光伏组件背板是相通的，所以第二温度采集点52可以全面测定接线盒1内二极管1.4与太阳能组件的工作环境温度，并将此信息传递到信号检测盒2内进行处理；第三温度采集点53在接线盒1的上盖1.2外侧面贴近二极管1.4接触部位开孔布置，用于实时监控各个二极管1.4温度的变化，当其中某个区域的温度相对升高，则说明与其相对应的电池片串出现问题，并将此信息传递到信号检测盒2内进行处理。
所述的磁通量采集点6设在二极管1.4的外表面上，用于测定二极管1.4瞬间电磁感应，当与某个二极管1.4并联的电池片损坏的瞬间将造成该电池片串断路，同时电流将全部从对应的旁路二极管1.4上通过，在二极管1.4的电流突然增大的瞬间将产生电磁感应，利用磁通量采集点6监测二极管1.4是否产生瞬间电磁感应来判断是否有大电流通过，并将此信息传递到信号检测盒2内进行处理。
所述的电流检测点设7在接线座1.3输出端的导体上，由于接线座1.3是与相对应的太阳能电池片串串联连接的，所以电流检测点7测得的电流值即为所对应的电池片串产生的电流值，再根据测得的电压值即可计算出该太阳能电池片串所产生的功率大小，可随时为用户提供太阳能发电系统的供电信息，给出最合理的并网发电时间，为用户创造最大的经济效益。
集成电路板8固定在信号检测盒2的座体上，集成电路板8上设有控制器81、电能存储器82、超低功耗处理器83和无线发射器84四个功能模块，控制器81接收从接线盒1内采集的电信号、温度信号以及磁通量信号，经稳压和防反冲处理后传输到超低功耗处理器83进行集成计算，计算结果通过信号输出端口9传输到终端监控器，而信号输出端口9设在信号检测盒2的端部，包括发射天线91和有线端口92，当计算数据以无线传输方式传输时，在发射天线91与终端监控器之间还可设置中继控制器，将信号放大和中转，传输时将带有身份识别的信号通过发射天线91发出，其无线传输方式包括了：专用的RF传输，配合中继控制器12将每个信号检测盒2发出的无线信号进行放大和中转；GSM形式等通过电信公用网络传输；WIFI局域网络方式等最终传递到终端监控器系统；当计算数据通过有线端口92传输时，则借助有线的专用数据传输控制线以及UART或CAN总线等方式传输给终端监控器进行分析控制。
电能存储器82可将接收的电能储存起来，当夜间太阳能不发电的时候，电能存储器82中的电能将提供信号检测盒2中的元件维持间断性的工作，添加了此项功能可以实现组件在白天与黑夜的全程监控，当组件发生破坏或遗失的时候信号检测盒2会及时的发送信息给终端监控器并警报提醒。
所述的信号检测盒2上还设有用于对每个信号检测盒2进行编码识别的编码器11，编码器11位于集成电路板8近信号输出端口9一侧上方，并与集成电路板8电性连接，编码器11可对每一个信号检测盒2进行编码识别，从而使每一块组件、编码、区域位置之间实现一一映射的关系。
终端控制器的数据库分析软件具有分析处理功能，可对接收的每一个信号检测盒内的电压、电流、温度、磁通量数据进行分析运算，并将数据值在显示屏上显示出来，并判断工作状态是否合理。电压监测：在正常日光照射的白天，假设每块组件的额定电压为V，接线座1.3数量为n，则相邻两个接线座1.3之间的电压为V/(n-1)，当终端控制器的数据库分析系统监测到相邻接线座1.3的电压值在0.75(V/(n-1))到V/(n-1)范围内时认为组件工作正常，当数据库分析系统监测到某个相邻接线座1.3的电压值在0到0.25(V/(n-1))时并持续1小时以上，则认为该接线座1.3所连接的组件电池片串出现断路或被长久遮盖，同时提示需要进行维修处理，如：假设每块组件的额定电压为30V，接线座1.3数量为4个，则相邻两个接线座1.3之间的电压为10V，当终端控制器的数据库分析系统监测到相邻接线座1.3的电压值在7.5V到10V范围内时认为组件工作正常，当数据库分析系统监测到某个相邻接线座1.3的电压值在0V到2.5V时并持续1小时以上，则认为该接线座1.3所连接的组件电池片串出现断路或被长久遮盖，同时提示需要进行维修处理；电流监测：假设每块组件的额定工作电流为I，在正常日光照射的白天组件的工作电流In会随着日光照射的增强而增大随着日光照射的减弱而降低，当数据库分析系统监测到通过接线盒1的电流值在0.75I到I范围内时认为组件工作正常，当数据库分析系统监测到通过接线盒1的电流值在0到0.25I范围内时，根据当时天气的实际情况可以判断出现相互串联的组件二极管1.4断路、组件老化或太阳光照微弱等现象，如：假设每块组件的额定工作电流为7.6A，在正常日光照射的白天组件的工作电流In会随着日光照射的增强而增大随着日光照射的减弱而降低，当数据库分析系统监测到通过接线盒1的电流值在5.7A到7.6A范围内时认为组件工作正常，当数据库分析系统监测到通过接线盒1的电流值在0A到1.9A范围内时，根据当时天气的实际情况可以判断出现相互串联的组件二极管1.4断路、组件老化或太阳光照微弱等现象；温度监测：分为二极管1.4表面监测点温度、接线盒1内环境监测点温度，在正常日光照射的白天，假设某接线盒1内二极管1.4表面监测点温度分别为Tn，接线盒1内环境温度为Te，当Te≤T≤nTe+5时认为组件工作正常，当Tn≥Te+20时并持续1小时以上可以判断则认为该接线座1.3所在的组件电池片串出现断路或被长久遮盖，同时提示需要进行维修处理，如：在夏天正常日光照射的白天，假设某接线盒1内二极管1.4表面监测点温度分别为Tn，接线盒1内环境温度为65℃，当65℃≤Tn≤75℃时认为组件工作正常，当Tn≥85℃时并持续1小时以上可以判断则认为该接线座1.3所在的组件电池片串出现断路或被长久遮盖，同时提示需要进行维修处理，当75℃≤Tn≤85℃之间时可以认为是二极管从通电到不通电的散热过渡期间；在冬天正常日光照射的白天，假设某接线盒1内二极管1.4表面监测点温度分别为Tn，接线盒1内环境温度为-5℃，当-5℃≤Tn≤5℃时认为组件工作正常，当Tn≥15℃时并持续1小时以上可以判断则认为该接线座1.3所在的组件电池片串出现断路或被长久遮盖，同时提示需要进行维修处理，当5℃≤Tn≤15℃之间时可以认为是二极管从通电到不通电的散热过渡期间；磁通量监测：当某个接线盒1内贴合二极管1.4表面的微磁通量传感器检测到二极管1.4有反向电流通过时产生的较大磁场并在1小时以上没有检测到第二个较大磁场的发生，则认为该二极管1.4所在的组件电池片串出现断路或被长久遮盖，同时提示需要进行维修处理。
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种光伏组件用接线盒的监测方法，其特征是：具有以下步骤：
a、在接线盒内部设置电信号采集点，采集接线盒内的电压信号、电流信号、温度信号和磁通量信号，通过导线将采集的信号传入信号检测盒；
b、信号检测盒将接收到的信号进行处理计算后所得数据通过信号输出端口输出；
c、数据传输通道将信号输出端口输出的数据传输到终端监控器；
d、终端监控器对接收的数据进行识别，并确认对应接线盒所在的光伏电池组件的区域；
e、终端监控器系统对数据进行统计分析处理，判断接线盒的工作状态，确定接线盒所对应的光伏电池片串的实时工作状况，定位找到损坏的电池片。
2.根据权利要求1所述的光伏组件用接线盒的监测方法，其特征是：所述的电压信号是指接线盒内相邻两个接线座之间的电压，用以反映与该接线座相并联的电池片串两端的电压；电流信号是指接线盒内连接光伏线缆的接线端子上流过的电流值，以反映所对应的电池片串产生的电流值；温度信号包括二极管表面工作温度和接线盒内部环境温度，用以判断二极管是否处于工作状态及接线盒内部环境温度是否在合理的范围内；磁通量信号用以监测二极管上的磁场变化状况并以此判断二极管上是否有反向电流流过。
3.根据权利要求1所述的光伏组件用接线盒的监测方法，其特征是：所述的信号检测盒具有电性连接的集成电路板和编码器，集成电路板上有控制器、电能存储器、超低功耗处理器和无线发射器四个功能模块，控制器接收从接线盒内采集的电压信号、电流信号、温度信号以及磁通量信号，经稳压和防反冲处理后传输到超低功耗处理器进行集成计算，计算结果通过信号输出端口传输到终端监控器，控制器接收的电能由电能存储器储存，编码器对信号检测盒进行编码识别，从而使光伏系统中的每个组件、编码、区域位置之间实现一一映射的关系。
4.根据权利要求1所述的光伏组件用接线盒的监测方法，其特征是：所述的数据传输通道采用有线传输方式或无线传输方式，当信号检测盒的数据通过有线端口输出时，则借助有线的专用数据传输控制线以及UART或CAN总线等方式传输给终端监控器进行分析控制；当信号检测盒的数据通过无线端口输出时，其无线传输方式包括了以下几种形式：专用的RF传输，配合若干个中继控制器将每个信号检测盒发出的无线信号进行放大和中转；GSM/GPRS形式通过电信公用网络传输；WIFI局域网络方式等传输，最终传递到终端监控器。
5.根据权利要求1所述的光伏组件用接线盒的监测方法，其特征是：所述的终端监控器包括电脑服务器、显示屏、数据库分析软件，数据传输通道把接线盒的数据发送给终端控制器的接收端口，接收端口将数据传输给电脑服务器，通过数据库分析软件进行分析处理，从而提取接收的每段数据的信号检测盒编码、电参数值，根据提取的信号检测盒编码就是知道对应位置的接线盒内电参数性能，从而了解接线盒内电压、电流、温度、磁通量的信号状态，并在屏幕上显示出来。
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