CN102318076A - 用于检测太阳能电池发电系统中异常性的设备和方法 - Google Patents

用于检测太阳能电池发电系统中异常性的设备和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种设备，用于容易地检测发电1MW或更高的太阳能电池发电系统中太阳能电池板的异常状态。本发明提供一种用于太阳能电池发电系统的异常性检测设备，该太阳能电池发电系统包括：多个太阳能电池串，每个太阳能电池串有多个相互串联的太阳能电池模块；和被连接到每一太阳能电池串的功率输出端子的防回流二极管，其特征在于，该异常性检测设备还包括测量装置，用于测量防回流二极管中流过的电流；并且其特征在于，该测量装置被供应来自防回流二极管两个端子的电功率。

Description

用于检测太阳能电池发电系统中异常性的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于容易地检测太阳能电池发电系统中太阳能电池板发电的异常状态的设备和方法。尤其是，本发明适合用于发电规模1MW或更高的兆太阳能系统中异常性的检测。
背景技术
有大量太阳能电池板被布置其中的太阳能电池发电系统正在获得广泛使用，以便有效地利用太阳能量。这样的太阳能电池发电系统有各种类型，诸如被安装在房屋屋顶的小型系统和有发电兆瓦或更高并能够为整个地区提供电力的大规模系统。
如图1所示，在典型的太阳能电池发电系统中，太阳能电池串101是由串联连接分别与旁路二极管104组合的太阳能电池模块111、112和113配置成的，而且，防回流二极管141和142被连接到太阳能电池串101的功率输出端子。太阳能电池串101以其两端分别被连接到电力电缆150和151，以便收集电功率。设有大量各有上面描述的配置的电池串101。每一太阳能电池串101中产生的电功率经由电力电缆150和151被收集，被送到单个功率收集端子设备，并由此被用作从太阳能电池发电系统的输出。
旁路二极管104具有的功能是，当某一太阳能电池模块的电动势降级时，使其他太阳能电池模块产生的电流旁路。在太阳能电池串之间产生电势差的情形下，每一防回流二极管141和142具有的功能是防止任何电流回流到有较低电势的太阳能电池串。在大多数的情形下，防回流二极管141和142是相互串联的用于耐受高电压的两个二极管。
一般说来，太阳能电池发电系统中的异常性已经习惯地经组成太阳能电池板的阳能电池模块被检测，或经由多个太阳能电池模块构成的太阳能电池串被检测。
例如，专利文献1公开一种包含检测装置和通信装置的太阳能电池模块，该检测装置用于检测每一太阳能电池模块的电流或电压，该通信装置用于按照从检测装置的输出进行通信，以便容易地确定太阳能电池模块中故障的出现和出毛病的太阳能电池模块。
另一方面，专利文献2公开一种用于太阳能电池的特征评价设备，包含：测量单元，用于测量多个太阳能电池模块的单元中电流-电压特征；变换单元，用于把测量的电流-电压特征变换成预定标准；存储器，其中存储多个标准特征；和确定单元，用于比较已变换成标准状态的电流-电压特征与从存储器读出的每一标准特征，以做出确定。
在上面描述的检测设备或评价设备中，一般说来，用于该设备的电源被提供在待测量的在太阳能电池模块之间，或者独立地提供用于向设备供应功率的电池。在前一情形，要求一种电路用于把获得的高电压降低到约为1/100数量级的适用电压，因而引起消耗太阳能电池中产生的部分电力的问题。相反，在后一情形，在电池耗尽或替换时出现控制问题，因而使设备整个变得复杂。不仅是太阳能电池发电系统中异常性检测单元而且检测的数据的传输装置也变复杂。况且，低成本的简单设备的精确异常性检测，已经被使用许多太阳能电池板的兆太阳能系统所需求。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开(JP-A)No.2000-269531
专利文献2：日本专利申请公开(JP-A)No.2004-260015
发明内容
本发明要解决的问题
本发明是有鉴于上面描述的现有技术的问题而做出的。本发明的一个目的，是提供一种设备和方法，用于容易地检测太阳能电池发电系统中太阳能电池板发电的异常状态。尤其是，本发明的一个目的，是提供一种设备和方法，适合用于检测由1000或更多太阳能电池串组成并有1MW或更高发电的大规模兆太阳能系统中的异常性。
用于解决问题的手段
作为为了达到上面描述目的而认真研究的结果，本发明的发明人已经专注于容纳在支线外壳内的防回流二极管，该外壳被放置在太阳能电池发电系统中太阳能电池串的输出端子上，其后发现，用简单的配置，通过测量防回流二极管中流过的电流和通过从防回流二极管获得驱动诸如测量装置等电路的电功率，能够获得对太阳能电池板中异常性检测有用的数据。本发明的发明人最终达到本发明的完成。
就是说，本发明是一种用于太阳能电池发电系统的异常性检测设备，该太阳能电池发电系统包括：多个太阳能电池串，每个太阳能电池串有多个相互串联的太阳能电池模块；和被连接到每一太阳能电池串的功率输出端子的防回流二极管，其特征在于，该异常性检测设备还包括测量装置，用于测量防回流二极管中流过的电流；并且其特征在于，该测量装置被供应来自防回流二极管两个端子的电功率。
按照本发明用于太阳能电池发电系统中异常性检测设备的优选的方面如下：
(1)该测量装置测量防回流二极管两个端子之间的电压，并根据测量的电压计算防回流二极管中流过的电流。
(2)该测量装置还安装有用于测量防回流二极管周围温度的测量功能块，以及根据被该测量装置测量的电压值和被该测量功能块测量的周围温度计算精确电流值的计算功能块。
(3)该异常性检测设备还包括用于发送测量的数据的无线通信装置。
(4)该无线通信装置能够在它的通信范围内向现有的另一个无线通信装置发送测量的数据，因此该测量的数据能够按顺序通过各个无线通信装置最后被发送到中央信息控制设备。
(5)该防回流二极管、测量装置和无线通信装置，被容纳在有防水结构的单个外壳内。
(6)该太阳能电池发电系统是1MW或更高的兆太阳能系统。
另外，本发明是一种用于太阳能电池发电系统的检测异常性的方法，其中该太阳能电池发电系统包括：多个太阳能电池串，每个太阳能电池串有多个相互串联的太阳能电池模块；和被连接到每一太阳能电池串的功率输出端子的防回流二极管，其特征在于，使用从防回流二极管两个端子供应的电功率作为电源，测量防回流二极管中流过的电流；并且其特征在于，测量的数据经由多跳无线通信装置被发送到中央信息控制设备。
本发明的优点
按照本发明，太阳能电池串输出端子上设置的防回流二极管中流过的电流被测量，而且，测量等等中使用的电源是从该输出端子获得的。因此，太阳能电池板中发电的异常状态，能够被显著地简单的配置检测，不消耗太阳能电池中产生的电功率。此外，用于检测异常性的所有组成元件能够被容纳在其中包含防回流二极管的支线外壳内，从而获得简单的配置和安全性。还有，为了容易地把太阳能电池串上测量的数据发送到中央信息控制设备，多跳无线通信装置被提供，因而有利于大批测量的数据的确定和控制。结果是，本发明在使用许多太阳能电池板的兆太阳能系统中是显著地有用的。
附图说明
图1是举例说明常用的太阳能电池发电系统的解释性图。
图2是举例说明按照本发明的用于太阳能电池发电系统的异常性检测设备的图。
图3是曲线，示出以前被测量的防回流二极管中正向电压VF和电流ID之间的关系。
图4是举例说明异常性检测设备的图，该异常性检测设备安装有测量周围温度的功能块和根据该周围温度及测量的电压计算正确电流值的功能块。
图5(a)是曲线，示出温度检测二极管中正向电压VF和温度之间的关系。
图5(b)是曲线，示出防回流二极管中被测量的正向电压VF和电流ID之间在各个温度上的关系。
图6是视图，示出按照本发明的用于太阳能电池发电系统的异常性检测设备的外观。
图7是举例说明使用按照本发明用于太阳能电池发电系统的异常性检测设备的维护的图。
具体实施方式
下面将参考附图，给出按照本发明的用于太阳能电池发电系统的异常性检测设备的描述。然而应当指出，本发明不受该描述的限制。
图2是举例说明按照本发明用于太阳能电池发电系统的异常性检测设备的图。图2画出太阳能电池模块111、112和113，各有安装在其上的太阳能电池板。旁路二极管104与每一太阳能电池模块并联。提供的旁路二极管104，在特定的太阳能电池模块由于其两个端子之间因故障或阴影而没有电势差，不能产生功率的情形下，使太阳能电池模块正向和反向供应的所产生的电流旁路。太阳能电池串101是由相互串联的太阳能电池模块111、112和113配置成的。
太阳能电池串101中产生的功率输出，经过连接器121被连接到防回流二极管141和142，传输通过防回流二极管141和142，之后经过连接器122被供应给被连接到功率收集端子的电力电缆150。另一方面，太阳能电池串101的另一个输出端子经过连接器123被连接到电力电缆151。为什么两个防回流二极管141和142被相互串联的原因，是增强反向二极管的耐压，以便当电力电缆150和151之间的电势差是大的且太阳能电池模块中产生的电压由于故障等等被降低时，满意地耐受施加于防回流二极管141和142的反向电压。
虽然图2举例说明的太阳能电池串101由三个太阳能电池模块构成，但太阳能电池串101内相互串联的太阳能电池模块的数量可以被增大到约10个，以便增加被产生的电压直到防回流二极管的耐压。太阳能电池发电系统中太阳能电池串101的数量，与发电规模有关。一般说来，该数量可以从数十到数万大范围地变化。
按照本发明的异常性检测设备100，其特征在于，它包括用于测量防回流二极管中流过的电流的测量装置，并且其特征在于该异常性检测设备中的组成元件诸如测量装置的工作功率，是从防回流二极管的两个端子取出的。从防回流二极管141的阳极侧取出的电压，通过反向耐压保护二极管143被变换为升压DC变换器131中需要的电压，并供应给安装在异常性检测设备内的每一电路。即使当太阳能电池不产生功率或在夜间或在阴影中只产生小量功率时，在异常性检测设备被要求工作的情形下，来自防回流二极管两个端子在发电时供应的电功率能够在电容器之类中被积累起来。
在太阳能电池串中产生的电压由于某些因素比电力电缆150产生的电势更低的情形下，反向耐压保护二极管143允许升压DC变换器131和电路，诸如测量装置受到保护以防超过额定值的大的负击穿电压。由于相同的功能和目的，该两个防回流二极管被相互串联连接。然而，在该反向耐压保护二极管143的情形下，正向电流的额定电流IF与防回流二极管的正向电流额定电流相比变得极其小。因此，具有能满足要求的反向耐压额定电压值的性能的单个二极管，可以有选择地被采用。
升压DC变换器131的输入电压等于的电压，比相互串联连接的防回流二极管141和142两个端子之间的正向电压VF的两倍低了插入其中的反向耐压保护二极管143的正向压降VF，因此，得到约0.7V的小电压。另一方面，电路，诸如测量装置和无线通信装置，要求的电压能够达到从约3V到约5V。满足上述输入和输出电压要求的升压DC变换器131，能够借助最近的技术进步容易地实现。
为了检测太阳能电池发电系统中发电的异常状态，电流值是最重要的信息。太阳能电池串101中产生的电流传输通过防回流二极管。因此，通过测量防回流二极管两个端子之间的电压，以及根据以前测量的防回流二极管中正向电压VF和电流ID之间关系计算的电流值，能够获取太阳能电池串101中产生的电流值。
防回流二极管142两个端子之间的电压，被检测AD变换器144测量，并由计算控制电路145把输出从测量的电压变换为电流值。图3是曲线，示出以前被测量的防回流二极管中正向电压VF和电流ID之间的关系。在该电压被检测AD变换器144测量的电压是0.75V的情形下，按照该曲线示出的关系，电流值结果为3A。如上面描述的测量的这种数据，经由无线通信电路146和天线147被发送到中央信息控制设备。根据这些数据确定太阳能电池串中发电状态是否异常。上面描述的异常性检测设备100与防回流二极管141和142一起被容纳在有防水结构的单个外壳148内。
利用上面描述的配置，太阳能电池串中产生的电流值，能够被简单的设备获得。然而，如果环绕太阳能电池串的周围温度有大的变化，那么获得的电流值包含大的误差。有鉴于此，即使在上面描述的情形下，用于获取精确电流值信息的设备的一个例子，将被描述。
图4是举例说明异常性检测设备的图，该异常性检测设备安装有测量周围温度的功能块和根据该周围温度及测量的电压计算正确电流值的功能块。在图4中，升压DC变换器131允许产生适合于启动电路，诸如测量装置和无线通信装置的电压。连接器132和133被连接到太阳能电池串的输出端子和电力电缆150。在由于某些因素使太阳能电池串中产生的电压比电力电缆150中产生的电势更低的情形下，防回流二极管141和142防止电流往回流向太阳能电池板。此外，在由于某些因素使太阳能电池串中产生的电压比电力电缆150中产生的电势更低的情形下，反向耐压保护二极管143允许升压DC变换器131和电路，诸如测量装置受到保护。另外，该异常性检测设备包括计算控制电路145、无线通信电路146、天线147和防水外壳148。
温度检测二极管157经由电阻156被供应恒定电流，该电阻156被连接到升压DC变换器131中的热稳定高输出电压。此外，通过由多通道AD变换器158测量温度检测二极管157两个端子之间的二极管正向电压VF而获得的电压值，作为温度信息被供应给计算控制电路145。另一方面，防回流二极管两个端子之间的二极管正向电压VF被多通道AD变换器158测量，然后被发送到计算控制电路145。
计算控制电路145中存储防回流二极管142在每一个以前测量的温度上的正向电压VF和电流ID之间关系。根据该关系，太阳能电池串中产生的电流值，能够由根据该温度信息和该电压VF的计算更精确地被获取。
图5(a)是示出温度检测二极管中正向电压VF和温度之间的关系的曲线，而图5(b)是示出在各个温度上被测量的防回流二极管中正向电压VF和电流ID之间关系的曲线。在该曲线中，1mA的恒定电流在温度检测二极管中流过。在温度检测二极管中的正向电压VF例如是0.60V的情形下，根据图5(a)的曲线，周围温度是75℃。在这种情形下，如果防回流二极管两个端子之间测量的电压例如是0.75V，那么根据图5(b)75℃的特征曲线数据，计算出流过的电流为4A。利用上面描述的方法，太阳能电池串中产生的电流，能够比前述方法更精确地被测量，而不受周围温度的影响。
图6是视图，画出按照本发明的用于太阳能电池发电系统的异常性检测设备的外观。在图6中，防水外壳148具有能够持久在户外使用的结构。所有组成元件，诸如上面描述的防回流二极管、测量装置和无线通信装置均被容纳在外壳148内。连接器132和133有电极性结构，以防任何错误连接。电力电缆153和154有良好可操作性的连接长度，足够被连接到与功率收集端子装置相连接的电力电缆150和151。
图7是举例说明使用按照本发明的用于太阳能电池发电系统的异常性检测设备的维护的图。在图7中，太阳能电池串101中产生的电流传输通过其中容纳防回流二极管的异常性检测设备100，经过电力电缆150和151在功率收集端子设备201中被收集，并由此被处理，变成商业电源，作为太阳能光电发电设备中的最后输出。天线响应从中央接收器203输出的指令，以射频波从每一异常性检测设备发送关于每一太阳能电池串等等中产生的电流的状态的信息，然后，该信息被中央天线202捕获，并且然后被送到中央接收器203。该中央接收器203根据预定的数据，确定关于电流等等的信息是否异常，进而定出异常场所，同时用中央信息控制设备204显示发电状态，如有必要，发布检查和维护指令。异常性检测设备100中的无线通信电路可以把诸如测量数据的信息，发送到其通信范围内现有的另一个异常性检测设备中的无线通信电路，由此该信息能够经由各个无线通信装置(即多跳无线通信)，最后被发送到中央信息控制设备。按此方式，即使当太阳能电池板的安装面积规模大，以致太阳能电池串被安放在远离中央信息控制设备的地方时，也能够容易地以简单的配置监控太阳能电池串的状态。
在多跳无线通信中，能与中央天线200和位于射频波不能从中央天线200到达的位置的另一个异常性检测设备二者通信的一个异常性检测设备中的无线通信电路146，被配备有能识别来自该另一个异常性检测设备的射频波的功能块。当该一个异常性检测设备接收射频波时，该一个异常性检测设备把测量的数据连同它的识别的信息再发送到中央天线200。
工业可应用性
按照本发明的用于太阳能电池发电系统的异常性检测设备，能够以简单的配置精确地检测太阳能电池板中发电的异常状态。此外，该异常性检测设备能够被容易地安装在其中含有防回流二极管的支线外壳内，因此，安装工作是简易的，从而降低安装成本。结果是，该按照本发明的异常性检测设备对包含大量太阳能电池板的大规模兆太阳能系统是显著有用的。
参考数字说明
100：异常性检测设备
101：太阳能电池串
111：太阳能电池模块
112：太阳能电池模块
113：太阳能电池模块
121：连接器
122：连接器
123：连接器
131：升压DC变换器
132：连接器
133：连接器
141：防回流二极管
142：防回流二极管
143：反向耐压保护二极管
144：检测AD变换器
145：计算控制电路
146：无线通信电路
147：天线
148：防水外壳
150：电力电缆
151：电力电缆
153：电力电缆
154：电力电缆
156：电阻
157：温度检测二极管
158：多通道AD变换器
201：功率收集端子设备
202：中央天线
203：中央接收器
204：中央信息控制设备

Claims (8)

1.一种用于太阳能电池发电系统的异常性检测设备，该太阳能电池发电系统包括：多个太阳能电池串，每个太阳能电池串有多个相互串联的太阳能电池模块；和被连接到每一太阳能电池串的功率输出端子的防回流二极管，其特征在于，该异常性检测设备还包括测量装置，用于测量防回流二极管中流过的电流；并且其特在于，该测量装置被供应来自防回流二极管两个端子的电功率。
2.按照权利要求1的用于太阳能电池发电系统的异常性检测设备，其中的测量装置测量防回流二极管两个端子之间的电压并根据该测量的电压计算防回流二极管中流过的电流。
3.按照权利要求1或2的用于太阳能电池发电系统的异常性检测设备，其中该测量装置还安装有用于测量防回流二极管周围温度的测量功能块，以及根据被该测量装置测量的电压值和被该测量功能块测量的周围温度计算精确电流值的计算功能块。
4.按照权利要求1到3任一项的用于太阳能电池发电系统的异常性检测设备，其中该异常性检测设备还包括用于发送测量的数据的无线通信装置。
5.按照权利要求4的用于太阳能电池发电系统的异常性检测设备，其中该无线通信装置能够在它的通信范围内向现有的另一个无线通信装置发送测量的数据，因此该测量的数据能够按顺序通过各个无线通信装置最后被发送到中央信息控制设备。
6.按照权利要求4或5的用于太阳能电池发电系统的异常性检测设备，其中该防回流二极管、测量装置和无线通信装置，被容纳在有防水结构的单个外壳内。
7.按照权利要求1到6任一项的用于太阳能电池发电系统的异常性检测设备，其中该太阳能电池发电系统是1MW或更高的兆瓦太阳能系统。
8.一种用于检测太阳能电池发电系统的异常性的方法，其中该太阳能电池发电系统包括：多个太阳能电池串，每个太阳能电池串有多个相互串联的太阳能电池模块；和被连接到每一太阳能电池串的功率输出端子的防回流二极管，其特征在于，通过使用从防回流二极管两个端子供应的电功率作为电源，测量防回流二极管中流过的电流；并且其特征在于，测量的数据经由多跳无线通信装置被发送到中央信息控制设备。
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