CN104457978A

CN104457978A - 一种光辐照强度检测器及其检测方法

Info

Publication number: CN104457978A
Application number: CN201410558112.9A
Authority: CN
Inventors: 刘晓红
Original assignee: Qingdao Agricultural University
Current assignee: Qingdao Agricultural University
Priority date: 2014-10-20
Filing date: 2014-10-20
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2034-10-20
Also published as: CN104457978B

Abstract

本发明涉及一种光辐照强度检测器及其检测方法，其中光辐照强度检测器包括光伏电池组件以及与其串联形成闭合回路的分流器，所述光伏电池组件用以将光辐射转换为电流量，所述分流器用以将所述电流量转换为用以计算光辐照强度的电压值。本发明以低成本实现光辐照强度数据采集，且结构简单可靠，安装便捷，适合大量工程项目的推广使用。

Description

一种光辐照强度检测器及其检测方法

技术领域

本发明属于光辐射的智能检测领域，尤其涉及一种光辐照强度检测器及其检测方法。

背景技术

目前，日常生活中对太阳能的利用越来越广泛，其中多涉及汽车，家电、气象、农业等行业。在太阳能热水器等家电领域，对太阳能的利用主要面临光辐照强度数据采集困难的智能化难题。

现有技术中，用来检测光辐照强度的传感器多采用实验室级别专业测试传感器，同时配置电脑进行数据检测。例如，TBQ-2太阳总辐射表，它是利用热电效应原理测量太阳总辐射，主要由双层石英玻璃罩、感应元件、遮光板、表体、干燥剂等部分组成，感应元件采用绕线电镀式多接点热电堆，其表面涂有高吸收率的黑色涂层，热接点在感应面上，而冷结点则位于机体内，当有阳光照射时温度升高，冷热接点产生温差电势，在线性范围内，该电动势与太阳辐照度成正比。

但是，上述所述太阳总辐射表不适用于工程项目，其主要存在以下缺陷：

1、结构复杂，价格昂贵：上述所述太阳总辐射表，主要包括双层石英玻璃罩、感应元件、遮光板、表体、干燥剂等，为减小温度对检测数据的影响还需配有温度补偿线路，结构复杂，且为保障测量精度，对各元器件要求较高，如玻璃罩为经过精密的光学冷加工磨制而成，制作成本高。

2、安装要求复杂，需定期维护保养：基于总辐射表设计特点，仪器需安装在四周空旷、仪器感应面上终年没有任何障碍物的地方，而且每次使用之前都应先调整底角螺栓，使水平泡内的小气泡处于中心圈内，另外还需定期更换干燥剂和擦拭玻璃罩以满足精度要求。

发明内容

本发明的目的是针对上述太阳总辐射表安装复杂、成本高等问题，提出的一种依据光伏板的光伏特性曲线进行光辐照强度测试的光辐照强度检测器及其检测方法，使安装检测便捷、大大降低成本，且适用于工程项目，无需维护保养。

为了达到上述目的，本发明提出一种光辐照强度检测器，包括用以将光辐射转换为电流量的光伏电池组件和将电流量转换为电压值的分流器，所述光伏电池组件与分流器串联形成闭合回路。

作为优选，考虑到光伏板的特性曲线受温度的影响，在所述光伏电池组件背面设置感测光伏板温度的温度传感器。

作为优选，所述光伏电池组件，采用乙烯基乙酸乙脂膜将单晶电池片粘结在钢化玻璃和背板之间。

作为优选，在所述光伏电池组件的边缘设有铝边框，以保护组件和方便组件的连接固定。

作为优选，所述低铁钢化玻璃为自清洁玻璃，以减少灰尘的沉积对检测的影响。

本发明另外还提出一种光辐照强度检测器的检测方法，包括：a.光伏电池组件接受光辐射并将其转换为电流量；b.分流器将电流量转换为电压值；c.依据电压值得出光辐照强度的大小。

作为优选，在所述c步骤之前还包括对光伏电池板进行温度检测的步骤，所述c步骤中结合温度和电压值得出光辐照强度值。

作为优选，利用函数计算的方法，经大量及反复数据整理进行Matlab仿真得到不同环境下光辐照强度曲线函数F(x)＝8.817【x+(T-25)＊0.4】+14.015，其中：F(x)为光辐照强度值；x为测试电压值；T为电池板温度值，通过上述函数计算出光辐照强度数值。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明采用全新的检测原理和手段进行光辐照强度实测，结构简单，低成本实现光辐照强度数据采集，很适合大量工程项目的推广使用。

2、安装使用时同被测产品从平面安装，直接固定于光伏板或集热器支架即可，安装监测便捷，且无需维护保养。

3、对电池板特性曲线进行温度补偿，经大量及反复数据整理进行Matlab仿真得到不同环境下光辐照强度曲线函数来计算光辐照强度数值，检测方法简单可靠。

附图说明

图1为本发明实施例一光辐照强度检测器的结构示意图；

图2为本发明实施例二光辐照强度检测器的结构示意图；

图3为本发明实施例三光辐照强度检测器的检测方法流程图；

图4为本发明实施例四光辐照强度检测器的检测方法流程图；

图5为本发明实施例四光伏电池板伏安特性曲线图；

图6为本发明实施例四光伏电池板温度特性曲线图。

具体实施方式

为了能够更清楚的理解本发明的上述目的和优点，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细地描述：

实施例一，如图1所示，本实施例提供的光辐照强度检测器，包括用以将光辐射转换为电流量的光伏电池组件和将电流量转换为电压值的分流器，光伏电池组件与分流器串联形成闭合回路，其中光伏电池组件从上至下依次包括钢化玻璃、单晶电池片和背板，三者通过乙烯基乙酸乙脂膜(EVA)固定粘结，单晶电池片的正负极由光伏电池组件接线盒引出。

本实施例中钢化玻璃采用低铁自清洁玻璃，规格为200mm*150mm，透光率高，同时能减少灰尘的沉积对检测的影响，对单晶电池片起到很好的保护作用；单晶电池片采用规格为125mm*125mm的方片；分流器采用规格为SD-10A的0.5级双输入双输出分流器；背板采用聚氟乙烯复合膜(TPT)，耐候性强，与粘结材料结合牢固，有利于光电转换效率的提高；组件的正负极在接线盒内与设计好的电缆相连接，接线盒对接线起到保护作用，接线盒与光伏电池组件部件以及引出线处采用硅胶密封，以预防下雨等环境因素的影响。各元件组合封装成200mm*150mm*40mm的光伏电池组件，并预留正负极引线一套，元器件稳定性好、成本低。

安装使用时，光伏电池组件同被测产品从平面安装，直接固定于光伏板或集热器支架即可，光伏电池组件采用无罩设计，减小了光线折射和反射的损失，另外在光伏电池组件的边缘设有铝边框，以保护组件和方便组件的连接固定，光辐射透过钢化玻璃经单晶电池片转换为电流量，电流通过分流器转换为便于分析的电压值，根据电压值获得光辐照强度值，结构原理简单，安装方便。

本实施例光辐照强度检测器提供的光辐照强度检测器设计安装简单，成本低。

实施例二，考虑到光伏板的特性曲线受温度的影响，需对光伏板的特性曲线进行温度补偿，如图2所示，相较于实施例一，实施例二与实施例一的主要区别在于在光伏电池组件背面增加一用以感测电池板温度的温度传感器，并由传感器引线将温度信号引出至外部设备。通过温度校正，结合电压值获得更为准确的光辐照强度值，检测精度更为准确。

本实施例光辐照强度检测器与TBQ-2太阳总辐射表测试光辐照强度的对比试验结果如下表所示。

本实施例光辐照强度检测器结构简单可靠，易于大规模批量生产，结构耐候性、稳定性强。通过选用高性能稳点的光伏组件和0.5级分流器，可极大提高元器件稳定性，且测量误差可控制在1％以内。另外，本实施例光辐照强度检测器适于模块化集成和组装。

实施例三，如图3所示，本实施例提供一种光辐照强度检测器的检测方法，主要包括如下步骤：a.光辐射转换为电流量；b.电流量转换为电压值；c.依据电压值得出光辐照强度值。

依据光伏板的光伏特性曲线进行光辐照强度测试，光伏电池组件接受光辐射并将其转换为电流量，此时得到的电流值较大，经分流器将电流值转换为电压值，组合得到光辐照强度与电压型号相符的特征曲线或数据列表，然后根据特征曲线或数据列表确定光辐照强度值。

本实施例方法原理简单，实施方便。

实施例四，如图4所示，相较于实施例三，实施例四与实施例三的主要区别在于增加了对光伏板的温度检测这一步骤，对光伏板的特性曲线进行温度补偿校正，得到更为准确的电池板的伏安特性曲线和温度特性曲线，依据电压值和温度值，结合特征曲线查表比对计算得出光辐照强度数值。

当然，也可通过函数计算光辐照强度数值，例如，图5为光伏电池板温度为25℃时的伏安特性曲线，图6为光辐照为AM1.5，KW/m²时光伏电池板的温度特性曲线，根据光伏板温度特性曲线和伏安特性曲线进行数据分析，经大量及反复数据整理进行Matlab仿真得到其在不同环境下的光辐照强度曲线函数，F(x)＝8.817【x+(T-25)＊0.4】+14.015，其中，F(x)为光辐照强度值；x为测试电压值；T为电池板温度值，通过上述函数计算出光辐照强度数值。

本实施例不仅方法原理简单，实施方便，还通过温度补偿校正使测试结果更准确。

综上，本发明所提出的光辐照强度检测器以低成本实现光辐照强度数据采集，不仅结构简单可靠，安装便捷，且方法原理简单，测量数据准确，为太阳能热水器或系统提供控制依据和智能检测以及故障排查依据，适合大量工程项目的推广使用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种光辐照强度检测器，其特征在于，包括光伏电池组件以及与其串联形成闭合回路的分流器，所述光伏电池组件用以将光辐射转换为电流量，所述分流器用以将所述电流量转换为用以计算光辐照强度的电压值。

2.根据权利要求1所述的光辐照强度检测器，其特征在于，所述光伏电池组件背面设有用以感测光伏板温度的温度传感器。

3.根据权利要求2所述的光辐照强度检测器，其特征在于，所述光伏电池组件从上至下依次包括钢化玻璃、单晶电池片和背板，三者通过乙烯基乙酸乙脂膜固定粘结，所述单晶电池片的正负极由光伏电池组件接线盒引出。

4.根据权利要求3所述的光辐照强度检测器，其特征在于，所述光伏电池组件边缘设有铝边框。

5.根据权利要求4所述的光辐照强度检测器，其特征在于，所述分流器与分流器接线盒相连，并由分流器接线盒引出线将测试信号引出。

6.根据权利要求5所述的光辐照强度检测器，其特征在于，所述钢化玻璃为低铁自清洁玻璃。

7.一种光辐照强度检测器的检测方法，其特征在于，包括：

光伏电池组件接受光辐射并将其转换为电流量；

分流器将电流量转换为电压值；

依据电压值得出光辐照强度的大小。

8.根据权利要求7所述的光辐照强度检测器的检测方法，其特征在于，在所述c步骤之前还包括对光伏电池板进行温度检测的步骤，所述c步骤中结合温度和电压值得出光辐照强度值。

9.根据权利要求8所述的光辐照强度检测器的检测方法，其特征在于，所述步骤c中，通过如下函数计算出光辐照强度数值：

F(x)=8.817【x+（T-25）＊0.4】+14.015，

其中：F（x）为光辐照强度值；x为测试电压值；T为电池板温度值。