CN105871331B - 光伏系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于光伏发电的数据采集装置。该用于采集光伏发电数据的数据采集装置包括：接收单元，其从光伏装置接收将所吸收的太阳能变换成电能的发电量，以及光伏发电相关信息；存储单元，其存储关于光伏装置的光伏发电相关信息；控制单元，其基于从接收装置接收的光伏发电相关信息以及存储在存储单元中的累计相关信息确定所述光伏装置的预测寿命；收发单元，其向外部装置发送确定结果。

Description

光伏系统

技术领域

本公开涉及一种光伏系统，更具体地，涉及一种预测光伏装置的寿命并通知检验周期的数据采集装置。

背景技术

由于诸如石油的矿物能源的耗尽以及对环境污染的担忧，对替代能源的兴趣正在高涨。其中，光伏发电正在受到关注，光伏发电通过大规模采用其上附有太阳能电池的面板以利用太阳能来大规模地发电。由于光伏发电利用了无限的且无污染的太阳能，因此不会出现空气污染或废弃物。

太阳能发电方式包括独立型和系统关联型(system-associated)。在系统关联型中，光伏装置连接至典型的电网。当光伏系统在白天发电时，其传输电力，当在夜间或下雨时，光伏系统接收来自电网的电。为了高效率地利用系统关联型光伏系统，引入了这样的光伏系统：其在轻负载的情况下，将闲置电力存储在电池储能系统(BESS)中，而在过载的情况下，除了将来自光伏装置的电力供应至电网以外，还将由BESS释放的电力供应给电网。

发明内容

各实施例基于光伏装置的使用历史信息利用累计故障数据来预测产品的寿命。各实施例还提供了一种通知对光伏装置的检验周期或根据预测结果建议更换的光伏系统。

在一个实施例中，一种用于采集光伏装置的状态信息的数据采集装置包括：接收单元，其从光伏装置接收将所吸收的太阳能变换成电能的发电量和光伏发电相关信息；存储单元，其存储光伏装置的光伏发电相关信息；控制单元，其基于从接收单元接收的光伏发电相关信息以及存储在存储单元中的累计相关信息确定光伏装置的预测寿命；收发器，其向外部装置发送确定结果。

光伏发电相关信息包括以下信息中的至少一个：使用时间、故障历史、累计发电、天气信息以及光伏装置的安装位置。

控制单元基于光伏发电相关信息每隔规定时间确定故障率，并且将所确定的故障率最高的期间确定为预测寿命。

接收单元从外部装置接收光伏装置的发电控制信号和检验周期信息。

控制单元基于所确定的预测寿命向光伏装置和外部装置发送控制信号以停止光伏装置的操作。

数据采集装置可以进一步包括显示单元，其显示从外部装置接收的响应。

在另一实施例中，一种利用太阳能的光伏系统包括：光伏装置，其吸收太阳能并将太阳能变换成电能；以及数据采集装置，其从光伏装置接收光伏发电量和光伏发电相关信息，存储光伏装置的光伏发电相关信息，并且基于从接收单元接收的光伏发电相关信息以及存储在存储单元中的累计相关信息确定光伏装置的预测寿命。

该光伏系统进一步包括外部装置，其基于从数据采集装置接收的光伏装置的预测寿命，向数据采集装置发送所述光伏装置的发电控制信号和检验周期信息。

当预测寿命比相同型号的光电装置的平均寿命短时，外部装置向数据采集装置发送控制信号以降低发电量。

数据采集装置可以基于所确定的预测寿命向光伏装置和外部装置发送控制信号以停止光伏装置的操作。

数据采集装置可以输出从外部装置接收的响应。

在下面的附图和说明书中阐述一个或多个实施例的细节。其他特征从说明书和附图中，以及从权利要求书中将是显而易见的。

附图说明

图1是根据实施例的系统关联型光伏装置的框图。

图2是根据实施例的小容量的系统关联型光伏装置的框图。

图3是根据实施例的系统关联型光伏装置的操作流程图。

图4是表示光伏装置的结构的框图。

图5是表示数据采集装置的结构的框图。

图6是根据实施例的光伏装置的故障检验方法的流程图。

图7a和7b是表示由预测产品寿命的因素预测产品寿命的实施例的框图。

具体实施例

下文中，将参照附图详细地描述本发明的实施例以使得本发明可以很容易地由本领域技术人员实现。然而，本发明可以通过各种方式来实践且并不限于本文中所描述的实施例。在附图中，省略了与说明书不相关的部件以便清晰地阐述本发明，而且在整个说明书中相似的附图标记指代相似的元件。

此外，如果没有特别的异议，当描述为一部件包括一些组件时，它并不排除另外的组件而是可以进一步包括其他的组件。

下文将参考图1至3来描述根据实施例的系统关联型光伏装置。

图1是根据实施例的系统关联型光伏装置的框图。

根据实施例的系统关联型光伏装置100包括太阳能电池阵列101、逆变器103、交流(AC)滤波器105、AC/AC变换器107、系统109、充电控制单元111、电池储能系统113以及系统控制单元115。

太阳能电池阵列101是通过联接多个太阳能电池模块而获得的。太阳能电池模块是一种通过串联或并联多个太阳能电池以将太阳能变换成电能来产生一定电压和电流的装置。因此，太阳能电池阵列101吸收太阳能以将其变换成电能。

逆变器103将直流(DC)电力逆变成AC电力。逆变器103接收由太阳能电池阵列101供应的DC电力或者从电池储能系统113通过充电控制单元111释放的DC电力以将它们逆变成AC电力。

AC滤波器105将噪声从逆变成AC电力的电力中滤除。

AC/AC变换器107对滤除了噪声的AC电力的大小进行变换并将变换后的电力供应给系统109。

系统109是将许多发电站、变电站、输电/配电线路以及负载集成于一体来产生和使用电力的系统。

充电控制单元111控制电池储能系统113的充电和放电。当系统过载时，充电控制单元111从电池储能系统113接收电力以将电力输送到系统。当系统为轻负载时，充电控制单元111从太阳能电池阵列101接收电力以将其输送到电池储能系统113。

电池储能系统113从太阳能电池阵列101接收电能用来充电，并且根据系统109的电力供需状态来释放充入的电能。具体地，当系统109为轻负载时，电池储能系统113从太阳能电池阵列101接收闲置电力以进行充电。当系统109过载时，电池储能系统113释放充入的电力以将电力供应给系统109。系统的电力供需状态根据时区是有很大的区别的。因此，光伏装置100统一地供应由太阳能电池阵列101产生的电力而不考虑系统109的电力供需状态是低效率的。所以系统关联型光伏装置100根据系统109的电力供需状态利用电池储能系统113来调整供电量。通过这样，光伏装置100可以高效率地给系统109供应电力。

系统控制单元115控制充电控制单元111、逆变器103、AC滤波器105以及AC/AC变换器107的操作。

图2是根据实施例的小容量的系统关联型光伏装置的框图。

根据实施例的小容量的系统关联型光伏装置100包括太阳能电池阵列101、逆变器103、AC滤波器105、AC/AC变换器107、系统109、充电控制单元111、电池储能系统113、系统控制单元115以及DC/DC变换器117。

该实施例除了包括DC/DC变换器117之外，与图1中的实施例是一样的。DC/DC变换器117变换由太阳能电池阵列101产生的DC电力的电压。由小容量的系统关联型光伏装置200中的太阳能电池阵列101产生的DC电力的电压较低。因此，需要提高该电压以将由太阳能电池阵列101供应的电力输入到变换器。DC/DC变换器117将由太阳能电池阵列101产生的电力的电压变换为能够输入到逆变器103的电压。

图3是根据实施例的系统关联型光伏装置的操作流程图。

在操作S101中，太阳能电池阵列101将太阳能变换成电能。

在操作S103中，系统控制单元115确定是否有必要向系统109供应电力。可以基于系统109是过载还是轻负载来确定是否有必要向系统109供应电力。

在操作S105中，当没有必要供应电力给系统109时，系统控制单元115控制充电控制单元111对电池储能系统113充电。具体地，系统控制单元115可以产生用于控制充电控制单元111的控制信号。充电控制单元111可以接收控制信号来对电池储能系统113充电。

在操作S107中，系统控制单元115确定是否有必要从电池储能系统113放电。具体地，由于利用由太阳能电池阵列101供应的电能不能满足系统109的电力需求，可以确定有必要从电池储能系统113放电。此外，系统控制单元111可以确定电池储能系统113是否储存了足够的能量以供放电。

在操作S109中，当有必要从电池储能系统113放电时，系统控制单元115控制充电控制单元111以使电池储能系统113放电。具体地，系统控制单元115可以产生用于控制充电控制单元111的控制信号。充电控制单元111可以接收控制信号来使电池储能系统113放电。

在操作S111中，逆变器103将从电池储能系统113释放的电能以及由太阳能电池阵列101变换的电能逆变成AC。在这种情况下，系统关联型光伏装置100仅通过单个逆变器103对从电池储能系统113释放的电能以及由太阳能电池阵列101变换的电能这二者进行逆变。每个电气装置都有功耗极限。该极限分为瞬时极限和长时间使用极限，并且额定功率被确定为不会损坏装置并可长时间使用的最大功率。为了使逆变器103的效率最大化，需要供应电力以使得电池储能系统113和太阳能电池阵列101使用大约相应于额定功率的40％至60％的电力。

在操作S113中，AC滤波器105滤除逆变后电力中的噪声。

在操作S115中，AC/AC变换器107对滤波后的AC电力的电压的大小进行变换以将电力供应给系统109。

在操作S117中，光伏装置100将变换后的电力供应给系统109。

因为根据图1至图3中实施例的系统关联型光伏装置100仅使用单个逆变器103，为了设计该系统关联型光伏装置100，当逆变器103的额定功率是基于太阳电池阵列101的容量而确定时，存在以下限制：当电池储能系统113放电并同太阳能电池阵列101一起供应电能时，很难使逆变器103的效率最大化，因为逆变器103使用的电力超过额定功率的40％至60％。可替代地，当电池储能系统113放电并单独供应电能时，也很难使逆变器103的效率最大化，因为逆变器103使用的电力小于额定功率的40％至60％。此外，当电池储能系统101供应少量的电能，也很难使逆变器103的效率最大化，因为逆变器103使用的电力小于额定功率的40％至60％。在这种情况下，该系统关联型光伏装置100将太阳能变换为电能的效率降低。另外，由于电力的总谐波失真(THD)增大，所以，该系统关联型光伏装置100产生的电力的质量下降。

图4是表示光伏装置的结构的框图。

参照图4，光伏装置100可以包括太阳能逆变器103。由于前面已经详细描述过太阳能逆变器103，图4中将省略相关的描述。在光伏装置100中，太阳能逆变器103的个数可以是单数或者复数。该太阳能逆变器103可以将光伏发电量传送给数据采集装置300。

光伏装置100的不同的传感器可以将所感测到的数据以及光电发电量发送给数据采集装置300。在实施例中，所感测到的数据可以包括阳光、温度、日出/日落时间以及天气状况中的至少一个。光伏装置可以将发电时间信息以及以上所描述的数据发送给数据采集装置300。

数据采集装置300接收并综合来自较低变频器103和光伏装置100的数据。数据采集装置300可以是在光伏装置100中的组件，或者可以是连接到多个光伏装置100的单独组件。该数据采集装置300可以将所采集的发电信息提供给用户或客户端以用于监控。此外，当存在连接到多个数据采集装置300的高层服务器400时，也能够将所采集的发电信息发送到高层服务器400。

下面，将参考图5对数据采集装置300进行详细描述。

如图5，所示数据采集装置300可以包括控制单元315、收发器316、存储单元317以及显示单元318。然而，实施例不限于图5中的组件，根据需要还可以包括其它组件。

收发器316接收来自光伏装置100的光伏相关数据，光伏装置100包括逆变器103和各种传感器(未示出)。接收方法可以包括有线和无线通信方法。当数据采集装置300是光伏装置100中的组件时，可通过连接在内部组件之间的电路来接收数据。

此外，收发器316可将采集的光伏发电数据发送到高层服务器400。同样地，可能通过有线/无线通信将数据发送到高层服务器400。

此外，收发器316可以将光伏发电量发送给用户和客户端。具体地，可将用于监测发电量的信息发送给光伏装置100的所有者或电力经销商。

此外，收发器316也可以被划分成发送器和接收器。

存储单元317存储所采集的发电数据。光伏发电每天进行，并且数据采集装置300所采集的数据被暂时存储在存储单元317，并传输到另一个地方。存储单元317中所存储的数据可被用于下面将要描述的减少数据传输。

显示单元318可以显示用于监测光伏发电量的数据。显示单元可以包括视觉地显示数据的显示器，以及听觉地输出数据的扬声器。

控制单元315控制上述收发器316、存储单元317以及显示单元318的操作。此外，控制单元315可以处理所接收的数据以生成不同的数据。下面将详细说明如何处理数据。

图6是根据实施例的光伏装置的故障检验方法的流程图。

在步骤S301中，光伏装置100将光伏发电信息发送给数据采集装置300。具体地，由光伏装置100中的太阳能逆变器103采集的光伏发电量和各种传感器采集的其他发电信息被发送到数据采集装置300。

在实施例中，所采集的发电信息可以包括相应的光伏装置的使用时间、发电信息以及相应的光伏装置直到现在的故障历史。

在另一个实施例中，所采集的发电信息可以包括是否是极端天气和天气信息。在这种情况下，天气信息可以包括例如温度、湿度以及关于光电装置被安装的区域的信息。

发送到所述数据采集装置300的信息还可以是光伏装置100采集的信息或输入的关于装置的初始安装的信息。例如，关于光伏装置所安装的区域的信息可以为基于光伏装置100的安装而输入的数据。

在步骤S303中，当数据采集装置300的收发器316从光伏装置接收发电信息时，数据采集装置的控制单元315从存储单元317调取关于相应的光伏装置的累计数据。关于与提供发电信息的光电装置相同的装置和不同型号的光伏装置的使用数据被存储在数据采集装置300的存储单元317中。这样，控制单元315从存储单元317调取相关的数据以将同一装置的过去使用信息与当前接收到的数据进行比较。

存储在存储单元317中的数据可以包括相应光伏装置的平均使用寿命和正常发电量，已经经历过特殊的情况的光伏装置的状态数据，等等。特殊情况可以包括例如光伏装置遭遇台风或大雨等情况。

在步骤S305中，控制单元315将从光伏装置100接收的数据与从存储单元317调取的数据进行比较来预测相应的光伏装置100的寿命。特别是，其将当前光伏装置100的数据与具有相同型号的光伏装置100的累计数据进行比较来预测寿命。

在实施例中，控制单元315可以从光伏装置100的使用时间预测寿命。例如，在对于与相应装置同一型号的装置平均寿命数据指示为10年并且从光伏装置100接收到的使用时间是9年的情况下，控制单元315可以确定光伏装置100具有有限寿命。

作为另一实例，在使用时间没有问题但所接收到的发电数据是100并且与相应的光伏装置是同一型号的装置的平均发电数据是200的情况下，因为相应的光伏装置100出了问题，可以预测相应的光伏装置具有有限的寿命。

作为另一实例，在接收到的相应的光伏装置100近年来由于故障已被检验的次数的数据等于或大于特定数目的情况下，当存储在存储单元317中的相同型号的装置进行相应次数的检验时，控制单元315可以从平均寿命数据预测装置的寿命。

作为另一实例，在相应的光伏装置100遭遇极端天气(例如，台风、大雨)的情况下，当存储在存储单元317中的相同型号的装置遭遇了所接收的极端天气时，控制单元315可以从平均寿命数据预测光伏装置100的寿命。具体地，在有当光伏装置由于大雨遭遇到水淹损坏的累计数据的情况下，几乎所有的光伏装置需要检验，且当不执行检验时，它们的操作将在六个月内停止，有可能如在累计数据中那样预测相应光伏装置100的剩余寿命和状态。

作为另一实例，在该情况下，相应的光伏装置100被安装的区域的温度数据等于或高于某一特定数值时，控制单元315可以从存储单元中已安装的在该具体数值处的光伏装置的平均寿命预测相应的光伏装置100的寿命。

控制单元315可以同时考虑可预测上述装置的寿命的因素来预测产品的寿命。下面参考图7，对相应的内容进行更详细的说明。

图7a和7b是表示从预测产品寿命的因素预测产品的寿命的实施例的示意图。

参照图7a，产品的使用时间、故障历史、极端天气以及天气信息被表示在表格的水平轴上，作为预测装置的寿命的标准，且按标准的故障概率被标注在表格的竖直轴上。具体地说，如果产品的使用时间或累计发电数据与正常数据的差值等于或大于来自正常数据的特定值或接近平均故障时间，相应的光伏装置一年后发生故障的概率为20％，相应的光伏装置两年后发生故障的概率为70％，且相应的光伏装置三年后发生故障的概率为70％。因此，当仅考虑产品的使用时间或累计发电时，可以预测相应的装置最有可能在三年后发生故障，因此控制单元315可确定其剩余寿命为三年。

根据图7a中的内容，当考虑四个因素时，能够看出相应的光伏装置100一年后发生故障的概率为25％，对应的光伏装置两年后发生故障的概率为45％，相应的光伏装置三年后发生故障的概率为80％，相应的光伏装置四年后发生故障的概率为48％，相应的光伏装置五年后发生故障的概率为38％。因此，相应的图表显示在图7b，并且控制单元315可基于从相应的光伏装置接收的数据确定该预测寿命为三年。

换句话说，控制单元315可以基于光伏发电的附加信息以规定时间间隔确定光伏装置的故障概率。并且可将其中所确定的故障概率最高的期间确定为预测寿命。在这种情况下，规定的时间间隔可为一年。另外，用户可以任意地确定规定的时间间隔。

此外，由于该装置在三年后发生故障的概率是最高的，控制单元315可还确定在三年内相应光伏装置100需要定期检验。

另外，控制单元315可以对预测光伏装置100的寿命的因素进行加权，以提高寿命预测的准确性。例如，在累计的数据被引用的情况下，并且控制单元315确定根据故障历史进行寿命预测是最准确的，尽管除了故障历史以外的其他数据是正常的，也有可能确定对应的光伏装置具有有限的寿命。

在控制单元315预测光伏装置100的寿命，并确定难以更久地操作相应的光伏装置100的情况下，也可以向光伏装置100发送控制信号来存储该装置的操作。在这种情况下，控制单元315可通知高层服务器相应的控制信号已经被发送。

在步骤S307中，数据采集装置300通过收发器316将预测寿命信息和光伏发电数据发送给高层服务器400。数据采集装置300可以通过使用有线通信和无线通信将数据发送给高层服务器400。

在步骤S309中，高层服务器400综合预测寿命的信息和从数据采集装置300接收的相关发电信息以产生装置检验信号。在一个实施例中，装置检验信号可以是关于对相应的光伏装置进行检验的周期的信息。在另一实施例中，装置检验信号可以是基于相应光伏装置的寿命信息降低发电量的控制信号。具体地，当预测寿命比相同型号的光伏装置的平均寿命低时，高层服务器400可以生成降低发电量的控制信号。

在另一个实施例中，装置检验信号还可以包括改变相应的光伏装置的安装位置的内容。在另一个实施例中，也有可能根据天气信息而产生为光伏装置100准备的消息内容。

在步骤S311中，该数据采集装置300接收由高层服务器400发送的控制信号。具体地，数据采集装置300可以通过接收器316从高层服务器400接收控制信号。另外，数据采集装置300还可以通过控制单元315执行对应于从高层服务器400接收的控制信号的操作，并且当相应的消息内容被接收时，还可以通知管理者消息的内容。

有可能基于光伏发电数据预测光伏装置的寿命，并且在严重的故障发生前进行准备。

另外，通过准备，有可能将由于大规模的装置故障而造成的光电发电空白最小化。

此外，即使当管理员不进行定期检验光伏装置时，可以预测该装置的状态，因此，可以很容易管理该装置。

在上文中，结合实施例描述的特征、结构或效果均包含在至少一个实施例中，但并不一定局限于一个实施例。此外，在各个实施例中示范的特征、结构或效果可以由本领域技术人员进行组合和改进。因此，与这些组合和改进有关的内容应该被解释为落在本发明的范围内。

以上主要描述了各实施例。然而，上述仅为本发明的实施例，不用于限制本发明的保护范围。本领域的技术人员可明白许多变化和以上未呈现的应用可以在不脱离实施例的本质特征的情况下得以实施。例如，在实施例中特别表示的各组件可能会发生变化。此外，应该理解，有关这种变化和这种应用的差异被包括在由下面的权利要求所限定的本公开的范围中。

Claims (9)

1.一种用于采集光伏装置的状态信息的数据采集装置，所述数据采集装置包括：

接收单元，其从光伏装置接收将所吸收的太阳能变换成电能的光伏发电量，以及光伏发电相关信息；

存储单元，其存储关于光伏装置的光伏发电相关信息；

控制单元，其基于从接收单元接收的光伏发电相关信息以及存储在存储单元中的累计相关信息确定所述光伏装置的预测寿命；

收发器，其向高层服务器发送确定结果，

其中，所述光伏发电相关信息包括所述光伏装置的使用时间、故障历史、累计发电、极端天气以及包括温度和安装区域的天气信息中的至少一个，并且所述累计相关信息包括对应于所述光伏装置的不同光伏装置的使用时间、故障历史、累计发电、极端天气以及包括温度和安装区域的天气信息中的至少一个，

其中所述控制单元配置为：

基于从所述接收单元接收的光伏发电相关信息和存储在所述存储单元中的累计相关信息，计算所述光伏装置对于多个期间中的每一个的故障概率，

确定所述光伏装置的预测寿命为在所述多个期间的多个故障概率之中故障概率最高的期间，并且

控制发送确定结果的收发器。

2.根据权利要求1所述的数据采集装置，其中，所述接收单元接收来自于所述高层服务器的所述光伏装置的发电控制信号和检验周期信息。

3.根据权利要求1所述的数据采集装置，其中，所述控制单元基于所述预测寿命向所述光伏装置和所述高层服务器发送控制信号以停止所述光伏装置的操作。

4.根据权利要求2所述的数据采集装置，进一步包括显示单元，其显示用于监测光伏发电量的数据。

5.一种利用太阳能的光伏系统，所述光伏系统包括：

高层服务器；

光伏装置，其吸收太阳能并将太阳能变换成电能；以及

数据采集装置，其从所述光伏装置接收光伏发电量和光伏发电相关信息，存储所述光伏装置的所述光伏发电相关信息，并且基于从接收单元接收的光伏发电相关信息以及存储的累计相关信息确定所述光伏装置的预测寿命，

其中，所述光伏发电相关信息包括所述光伏装置的使用时间、故障历史、累计发电、极端天气以及包括温度和安装区域的天气信息中的至少一个，并且所述存储的累计相关信息包括对应于所述光伏装置的不同光伏装置的使用时间、故障历史、累计发电、极端天气以及包括温度和安装区域的天气信息中的至少一个，

其中所述数据采集装置配置为：

基于从所述接收单元接收的光伏发电相关信息和存储在存储单元中的累计相关信息，计算所述光伏装置对于多个期间中的每一个的故障概率，

确定所述光伏装置的预测寿命为在所述多个期间的多个故障概率之中故障概率最高的期间，并且

发送确定结果至所述高层服务器。

6.根据权利要求5所述的光伏系统，其中，所述高层服务器配置为基于所述确定结果，向所述数据采集装置发送所述光伏装置的发电控制信号和检验周期信息。

7.根据权利要求6所述的光伏系统，其中，当所述预测寿命比相同型号的光电设备的平均寿命短时，所述高层服务器向所述数据采集装置发送控制信号以降低光伏发电量。

8.根据权利要求6所述的光伏系统，其中，所述数据采集装置基于所确定的预测寿命向所述光伏装置和所述高层服务器发送控制信号以停止所述光伏装置的操作。

9.根据权利要求6所述的光伏系统，其中，所述数据采集装置显示用于监测光伏发电量的数据。