CN104362979B - 一种光伏组件阵列监控显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏组件阵列监控显示器，包括光伏组件阵列、单片机、比较器、二极管、发光二极管、三极管和电阻，由于光伏组件阵列通常是由若干行光伏组件集成模块构成，因此采用对每行光伏组件集成模块的电压进行检测，可以大量减少测试点，每行光伏组件集成模块中串联的光伏组件块数一般在10‑30块，当发现行有故障后，逐一检查该行光伏组件集成模块的光伏组件。本发明既能监控光伏发电站的光伏组件阵列中的每一行光伏组件的发电情况，查找故障准确快速，而且又具有性能可靠，制作成本低等特点。通过本监控显示器的应用，光伏发电站中的每一行组件的发电情况一目了然，实现了光伏发电站发电效率的提高，维护成本的下降。
Description
技术领域
本发明属于光伏组件发电技术领域，具体涉及一种光伏组件阵列监控显示器。
背景技术
太阳能发电能够有效降低环境污染，创造洁净环境，太阳能同时又是取之不尽，用之不完的清洁能源。现在太阳能发电在全球都获得了广泛的应用，大大小小的太阳能光伏发电站也运而生。由于单块光伏组件的电压都不高，功率也较小，所以太阳能光伏发电站通常都是由若干块光伏组件先通过串联满足电压要求构成行后，再通过将行并联来满足功率需要的光伏组件阵列构成。这些光伏组件阵列会因为安装原因，特别是经过一段时间的使用后，而出现某一行或者某一行中的某一块光伏组件产生问题（开路或者短路），特别是大型光伏发电站会由上万块甚至几十万块（几兆瓦到几十兆瓦）的光伏组件来构成，这样多块的光伏组件如果每一块都监控，电路太复杂监控成本高，如果完全不监控，则即便几块甚至几百块光伏组件没有工作都不知道，会影响发电的效率。
发明内容
为了满足上述需求，本发明旨在提供一种既能监控光伏发电站的光伏组件阵列中的每一行光伏组件的发电情况，又性能可靠，制作成本低的光伏组件阵列监控显示器，通过本监控显示器的应用，光伏发电站中的每一行组件的发电情况一目了然，实现了光伏发电站发电效率的提高，维护成本的下降。
为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种光伏组件阵列监控显示器，包括一个单片机、一个由n行光伏组件集成模块并联而成的光伏组件阵列以及与n行所述光伏组件集成模块相对应的n个比较器、n个二极管、n个三极管和n个发光二极管，其中n为自然数；
每行所述光伏组件集成模块均由m块光伏组件串联而成，每行所述光伏组件集成模块的正极均与一对应的所述二极管的正极连接，每个所述二极管的负极并联后作为所述光伏组件阵列输出的总正极，每行所述光伏组件集成模块的负极并联后作为所述光伏组件阵列输出的总负极，所述的总负极同时作为参考地，其中m为自然数；
每个所述比较器的反相端通过对应的第一电阻与对应的所述二极管的正极连接，每个所述比较器的反相端通过对应的第二电阻接地，每个所述比较器的同相端通过对应的第三电阻与第二电源连接，每个所述比较器的同相端通过对应的第四电阻接地，每个所述比较器的供电负极端接地，每个所述比较器的供电正极端与所述单片机的供电正极端并联后与所述第二电源连接，每个所述比较器的输出端通过对应的第五电阻接地，每个所述比较器的输出端与所述单片机上对应的光伏组件集成模块电压信号接收端连接，所述单片机上的光伏组件集成模块电压信号输出端通过对应的第六电阻与对应的所述三极管的基极连接，每个所述三极管的基极通过对应的第七电阻接地，每个所述三极管的发射极接地，每个所述三极管的集电极与对应的所述发光二极管的负极连接，每个所述发光二极管的正极通过对应的第八电阻与第一电源连接。
进一步的，所述光伏组件集成模块的行数n≥2，所述光伏组件的块数m=10-30。
进一步的，所述单片机为5V供电的单片机、3.3V供电的单片机或单片机与接口电路的组合中的一种。
进一步的，所述光伏组件阵列监控显示器的显示方式还可以是液晶屏。
进一步的，各个所述二极管的作用是隔离各行所述光伏组件集成模块，同时具有以下目的：
1）当某行所述光伏组件集成模块电压低时由于对应的所述二极管的阻断，处于电压高的该行所述光伏组件集成模块的电流不可能流向其它电压低的所述光伏组件集成模块，而只会流向负载；
2）测试各行所述光伏组件集成模块的电压时互相没有影响；
3）各个所述二极管构成了或门的工作形式，各行所述光伏组件集成模块产生的发电电流只能流向负载。
本发明的有益效果如下：
本发明的光伏组件阵列监控显示器既能监控光伏发电站的光伏组件阵列中的每一行光伏组件的发电情况，查找故障准确快速，而且又具有性能可靠，制作成本低等特点。通过本监控显示器的应用，光伏发电站中的每一行组件的发电情况一目了然，实现了光伏发电站发电效率的提高，维护成本的下降。
由于光伏组件阵列通常是由若干行光伏组件集成模块构成，因此采用对每行光伏组件集成模块的电压进行检测，可以大量减少测试点，每行光伏组件集成模块中串联的光伏组件块数一般在10-30块（由需要的输出电压确定），当发现行有故障后，再逐一检查该行光伏组件集成模块的光伏组件工作量也不大。
出现故障的光伏组件集成模块通过LED对应显示，LED亮表示该行光伏组件集成模块或其中的某个光伏组件有故障，LED不亮表示该行光伏组件集成模块中的各个光伏组件正常，各行的LED全部不亮，表示发电站的光伏组件全部正常。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明光伏组件阵列监控显示器的电路图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
见图1所示，一种光伏组件阵列监控显示器，包括一个单片机1、一个由n行光伏组件集成模块2并联而成的光伏组件阵列以及与n行所述光伏组件集成模块2相对应的n个比较器U1，…，Un、n个二极管D1，…，Dn、n个三极管Q1，…，Qn和n个发光二极管F1，…，Fn，其中n为自然数；
每行所述光伏组件集成模块2均由m块光伏组件201串联而成，每行所述光伏组件集成模块2的正极均与一对应的所述二极管D1，…，Dn的正极连接，每个所述二极管D1，…，Dn的负极并联后作为所述光伏组件阵列输出的总正极，每行所述光伏组件集成模块2的负极并联后作为所述光伏组件阵列输出的总负极，所述的总负极同时作为参考地，其中m为自然数。
以下以第1行和第n行的所述光伏组件集成模块2为例，进行说明：
第1个所述比较器U1的反相端通过第1个第一电阻R1-1与第1个所述二极管D1的正极连接，第1个所述比较器U1的反相端通过第1个第二电阻R2-1接地，第1个所述比较器U1的同相端通过第1个第三电阻R3-1与第二电源VCC2连接，第1个所述比较器U1的同相端通过第1个第四电阻R4-1接地，第1个所述比较器U1的供电负极端接地，第1个所述比较器U1的供电正极端与所述单片机1的供电正极端并联后与所述第二电源VCC2连接，第1个所述比较器U1的输出端通过第1个第五电阻R5-1接地，第1个所述比较器U1的输出端与所述单片机1上的第1个光伏组件集成模块电压信号接收端I1连接，所述单片机1上的第1个光伏组件集成模块电压信号输出端O1通过第1个第六电阻R6-1与第1个所述三极管Q1的基极连接，第1个所述三极管Q1的基极通过第1个第七电阻R7-1接地，第1个所述三极管Q1的发射极接地，第1个所述三极管Q1的集电极与第1个所述发光二极管F1的负极连接，第1个所述发光二极管F1的正极通过第1个第八电阻R8-1与第一电源VCC1连接；
第n个所述比较器Un的反相端通过第n个第一电阻R1-n与第n个所述二极管Dn的正极连接，第n个所述比较器Un的反相端通过第n个第二电阻R2-n接地，第n个所述比较器Un的同相端通过第n个第三电阻R3-n与第二电源VCC2连接，第n个所述比较器Un的同相端通过第n个第四电阻R4-n接地，第n个所述比较器Un的供电负极端接地，第n个所述比较器Un的供电正极端与所述单片机n的供电正极端并联后与所述第二电源VCC2连接，第n1个所述比较器Un的输出端通过第n个第五电阻R5-n接地，第n个所述比较器Un的输出端与所述单片机n上的第n个光伏组件集成模块电压信号接收端In连接，所述单片机n上的第n个光伏组件集成模块电压信号输出端On通过第n个第六电阻R6-n与第n个所述三极管Qn的基极连接，第n个所述三极管Qn的基极通过第n个第七电阻R7-n接地，第n个所述三极管Qn的发射极接地，第n个所述三极管Qn的集电极与第n个所述发光二极管Fn的负极连接，第n个所述发光二极管Fn的正极通过第n个第八电阻R8-n与第一电源VCC1连接。
进一步的，所述光伏组件集成模块2的行数n≥2，所述光伏组件201的块数m=10-30。
进一步的，所述光伏组件集成模块的个数越多，相对应的二极管、发光二极管、三极管、比较器和电阻使用的数量也越多。
进一步的，所述单片机1为5V供电的单片机、3.3V供电的单片机或单片机与接口电路的组合中的一种。
进一步的，所述光伏组件阵列监控显示器的显示方式还可以是液晶屏。
进一步的，各个所述二极管D1，…，Dn的作用是隔离各行所述光伏组件集成模块2，同时具有以下目的：
1）当某行所述光伏组件集成模块2电压低时由于对应的所述二极管D1，…，Dn的阻断，处于电压高的该行所述光伏组件集成模块2的电流不可能流向其它电压低的所述光伏组件集成模块2，而只会流向负载；
2）测试各行所述光伏组件集成模块2的电压时互相没有影响；
3）各个所述二极管D1，…，Dn构成了或门的工作形式，各行所述光伏组件集成模块2产生的发电电流只能流向负载。
由于光伏组件发电阵列通常是由若干行构成，因此采用对每行光伏组件集成模块2的电压进行检测，可以大量减少测试点，每行光伏组件集成模块2串联的光伏组件201块数一般在10-30块（由需要的输出电压确定），当发现行有故障后，再逐一检查该个光伏组件集成模块2的光伏组件201工作量也不大。
出现故障的光伏组件集成模块2通过发光二极管F1，…，Fn对应显示，某行的发光二极管F1，…，Fn亮则表示该行光伏组件集成模块2或其中的某个光伏组件201有故障，某行的发光二极管F1，…，Fn不亮则表示该行光伏组件集成模块2中的各个光伏组件201正常，各行的发光二极管F1，…，Fn全部不亮，表示发电站的光伏组件201全部正常。
这些使用的光伏组件201通常为同批次生产一致性好，又安装在同一地方（区）相差不远，正常情况下各行（块）输出的电压一致性几乎相等。为便于描述和理解，设本发明光伏组件发电阵列额定输出功率1MW，额定输出直流电压890V，使用的光伏组件201的单块额定输出功率245W，单块额定输出电压30.7V，每一行光伏组件集成模块2中的光伏组件201块数=890÷30.7=29块，每一行光伏组件集成模块2的输出功率=29×245=7105W，光伏组件集成模块2的所需个数n=1000000÷7105=140个（也就是说本发明只需测试140个点），光伏组件201的所需块数m=140×29=4060块。
工作时，单片机1检测到各个光伏组件集成模块电压信号接收端I1，…，In的大多数（包括全部）都为0V（低电平）时，就判断光伏组件201是否处于发电状态，天气是否为白天，此时各行光伏组件集成模块2的工作状态有：（以第1行光伏组件集成模块2为例，介绍其工作原理，当其它行的光伏组件集成模块2如果出现故障现象，分析原理同第1行光伏组件集成模块2。）
1）当第1行光伏组件集成模块2的输出总电压为890V，该电压经第一电阻R1-1和第二电阻R2-1分压后，送到第1个比较器U1的反相端，使第1个比较器U1的反相端电压大于其同相端的设置电压，第1个比较器U1的输出电压为0V，单片机1的第1个光伏组件集成模块电压信号接收端I1此时电压也为0V，单片机1查巡到第1个光伏组件集成模块电压信号接收端I1为0V后，将单片机1的第1个光伏组件集成模块电压信号输出端O1的输出电压变为0V，第1个光伏组件集成模块电压信号输出端O1输出的0V使第1个三极管Q1的集电极截止，第1个发光二极管F1无电不亮，表示第1行光伏组件集成模块2中所有的光伏组件201都正常；
2）如果第1行光伏组件集成模块2中的某一块光伏组件201出现开路（断线），则第1个光伏组件集成模块的输出总电压为0V，该电压经第1个第一电阻R1和第1个第二电阻R2分压后，送到第1个比较器U1的反相端，使第1个比较器U1的反相端电压小于其同相端的设置电压，第1个比较器U1输出为高电平，单片机1的第1个光伏组件集成模块电压信号接收端I1此时电压也为高电平，单片机1查巡到第1个光伏组件集成模块电压信号接收端I1为高电平后，将单片机1的第1个光伏组件集成模块电压信号输出端O1也输出高电平，第1个光伏组件集成模块电压信号输出端O1输出的高电平使第1个三极管Q1的集电极饱和导通，第1个发光二极管F1得电发光，表示第1行光伏组件集成模块2中至少有一块光伏组件201不正常；
3）当第1行光伏组件集成模块2中的某一块光伏组件201出现短路，相当于这一块光伏组件201变成了一根导线，此时第1个光伏组件集成模块输出的总电压最高只有860V，不难分析同样得到第1个发光二极管F1得电发光，表示第1行光伏组件集成模块2中至少同样有一块光伏组件201不正常；
工作时，单片机1检测到各个光伏组件集成模块电压信号接收端I1，…，In的大多数（包括全部）都为3.3V（或者5V高电平）时，就判断光伏组件201是否处于休眠状态，天气是否为晚上或者阴天，此时各行光伏组件集成模块2的工作状态全部处于休眠状态，此时本发明是否关机将由发电站总控制决定。
当无光照时，上述光伏组件阵列中的140个光伏组件集成模块2的每一个模块的输出总电压都是0V，而有光照时，只有故障的光伏组件集成模块2才会出现输出电压低（有短路）或者为0V（有开路）的情况，无故障的光伏组件集成模块2的输出电压都是正常的890V。综上所述，可以得出，当某行光伏组件集成模块2的输出总电压为0V时，判别其原因是出于模块故障还是天气无光照，需要根据其它光伏组件集成模块2的状态来一起判断才正确。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种光伏组件阵列监控显示器，其特征在于：包括一个单片机（1）、一个由n行光伏组件集成模块（2）并联而成的光伏组件阵列以及与n行所述光伏组件集成模块（2）相对应的n个比较器（U1，…，Un）、n个二极管（D1，…，Dn）、n个三极管（Q1，…，Qn）和n个发光二极管（F1，…，Fn），其中n为自然数；
每行所述光伏组件集成模块（2）均由m块光伏组件（201）串联而成，每行所述光伏组件集成模块（2）的正极均与一对应的所述二极管（D1，…，Dn）的正极连接，每个所述二极管（D1，…，Dn）的负极并联后作为所述光伏组件阵列输出的总正极，每行所述光伏组件集成模块（2）的负极并联后作为所述光伏组件阵列输出的总负极，所述的总负极同时作为参考地，其中m为自然数；
每个所述比较器（U1，…，Un）的反相端通过对应的第一电阻（R1-1，…，R1-n）与对应的所述二极管（D1，…，Dn）的正极连接，每个所述比较器（U1，…，Un）的反相端通过对应的第二电阻（R2-1，…，R2-n）接地，每个所述比较器（U1，…，Un）的同相端通过对应的第三电阻（R3-1，…，R3-n）与第二电源（VCC2）连接，每个所述比较器（U1，…，Un）的同相端通过对应的第四电阻（R4-1，…，R4-n）接地，每个所述比较器（U1，…，Un）的供电负极端接地，每个所述比较器（U1，…，Un）的供电正极端与所述单片机（1）的供电正极端并联后与所述第二电源（VCC2）连接，每个所述比较器（U1，…，Un）的输出端通过对应的第五电阻（R5-1，…，R5-n）接地，每个所述比较器（U1，…，Un）的输出端与所述单片机（1）上对应的光伏组件集成模块电压信号接收端（I1，…，In）连接，所述单片机（1）上的光伏组件集成模块电压信号输出端（O1，…，On）通过对应的第六电阻（R6-1，…，R6-n）与对应的所述三极管（Q1，…，Qn）的基极连接，每个所述三极管（Q1，…，Qn）的基极通过对应的第七电阻（R7-1，…，R7-n）接地，每个所述三极管（Q1，…，Qn）的发射极接地，每个所述三极管（Q1，…，Qn）的集电极与对应的所述发光二极管（F1，…，Fn）的负极连接，每个所述发光二极管（F1，…，Fn）的正极通过对应的第八电阻（R8-1，…，R8-n）与第一电源（VCC1）连接。
2.根据权利要求1光伏组件阵列监控显示器，其特征在于：所述光伏组件集成模块（2）的行数n≥2，所述光伏组件（201）的块数m=10-30。
3.根据权利要求1光伏组件阵列监控显示器，其特征在于：所述单片机（1）为单片机与接口电路的组合、5V供电的单片机或3.3V供电的单片机中的一种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 400000 Chongqing reformed area 12 reunion Fort 2 unit 3-3 Patentee after: Chongqing Beijing Tibet Lithium Battery Co., Ltd. Address before: 400000 unit 2, 12 reunion fort, Nan'an District, Chongqing 3-3 Patentee before: Chongqing Jing Zang electric equipment Leasing Company Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210111 Address after: 213031 No.8 Xinke Road, Xinbei District, Changzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Zhiyi New Energy Development Co.,Ltd. Address before: No.3-3, unit 2, building 12, tuanyuanbao, Chongqing Economic Development Zone, 400000 Patentee before: Chongqing Beijing Tibet Lithium Battery Co.,Ltd. |