CN106448101A - 光伏阵列监测系统和方法 - Google Patents

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张琴兰
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Abstract

本发明公开了一种光伏阵列监测系统和方法，涉及光伏发电技术领域。其中的光伏阵列监测系统包括：传感器节点，以及飞行器；传感器节点和飞行器组成无线传感网络；传感器节点采集光伏阵列中光伏板的运行状态信息，并通过无线传感网络发送给飞行器；飞行器位于光伏阵列上空，用于接收传感器节点发送的光伏板的运行状态信息。通过传感器节点采集光伏板的运行状态信息，并利用飞行器来收集各个传感器节点采集的信息，以用于光伏电站的监测，可以提高光伏电站的监测效率。

Description

光伏阵列监测系统和方法
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，特别涉及一种光伏阵列监测系统和方法。
背景技术
随着科技的推进和社会的进步，人类社会发展和能源短缺的矛盾日益凸显。为解决化石能源短缺带来的能源危机以及化石能源过度使用带来的环境问题，无污染的太阳能逐渐地发展起来。光伏发电技术可以将太阳能转化为电能，在资源短缺的今天显得尤为重要。
光伏板是整个光伏发电系统的供给源，而光伏板又容易发生故障，如果能够对光伏的工作状态进行监测，可大幅提高光伏电站整体的可靠性。
传统的光伏电站的监测方法需要监测人员到达光伏电站的现场进行监测，特别是对于建设在山地地区的部分光伏电站，监测人员容易受到地形和时间的限制，使监测的效率低下。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是：如何提高光伏电站的监测效率。
根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种光伏阵列移动监测系统，包括：传感器节点1，以及飞行器2；传感器节点1和飞行器2组成无线传感网络；传感器节点1采集光伏阵列中光伏板的运行状态信息，并通过无线传感网络发送给飞行器2；飞行器2位于光伏阵列上空，用于接收传感器节点1发送的光伏板的运行状态信息。
在一个实施例中，传感器节点1包括无线收发器11，飞行器2包括无线收发器21；传感器节点1的无线收发器11与飞行器2的无线 收发器21之间进行信息传输。
在一个实施例中，系统还包括：设置在光伏板的传感器组件12，用于采集光伏板的运行状态信息，并发送给光伏板所属的光伏阵列对应的传感器节点1。
在一个实施例中，传感器组件12包括无线收发器121，还包括光照传感器122、温度传感器123、电压传感器124和电流传感器125中的至少一种传感器。
在一个实施例中，光照传感器122、温度传感器123设置在光伏板的表面；无线收发器121、电压传感器124、电流传感器125设置在光伏板的支架上。
在一个实施例中，飞行器2携带摄像装置22，和/或，热成像装置23；摄像装置22用于拍摄光伏板的图片和/或视频；热成像装置23用于拍摄光伏板的热成像图片。
在一个实施例中，系统还包括：监测终端3，用于接收飞行器2发送的光伏板的运行状态信息，并根据运行状态信息对光伏板的工作性能进行监控。
在一个实施例中，监测终端3包括：监测终端3用于通过比较飞行器2发送的光伏板的运行状态信息与光伏板的基准运行状态信息，来确定光伏板的工作性能。
在一个实施例中，系统还包括：监测终端3，用于通过比较飞行器2发送的热成像图片与基准热成像图片，判断光伏板的发热量是否正常；或者用于通过比较飞行器2发送的图片与基准图片，判断光伏板是否需要清扫。
根据本发明实施例的第二个方面，提供一种光伏阵列监测方法，包括：飞行器2在光伏阵列上空，与光伏阵列中的传感器节点1组建无线传感网络；传感器节点1将采集到的光伏阵列中光伏板的运行状态信息通过无线传感网络发送给飞行器2；飞行器2接收传感器节点1发送的光伏板的运行状态信息。
在一个实施例中，方法还包括：传感器组件12采集光伏板的运行 状态信息，并发送给光伏板所属的光伏阵列对应的传感器节点1。
在一个实施例中，方法还包括：飞行器2携带的摄像装置22采集光伏板的图片，并发送给监测终端3；监测终端3通过比较飞行器2发送的图片与基准图片，判断光伏板是否需要清扫；和/或，飞行器2携带的热成像装置23采集光伏板的热成像图片，并发送给监测终端3；监测终端3通过比较飞行器2发送的热成像图片与基准热成像图片，判断光伏板的发热量是否正常。
在一个实施例中，方法还包括：监测终端3接收飞行器2发送的光伏板的运行状态信息，并根据运行状态信息对光伏板的工作性能进行监控。
在一个实施例中，方法还包括：监测终端3通过比较飞行器2发送的光伏板的运行状态信息与基准运行状态信息，来确定光伏板的工作性能。
在一个实施例中，飞行器2按照预先设定的路线飞行，或者飞行器2自主飞行，或者飞行器2通过人工控制飞行。
本发明通过传感器节点1采集光伏板的运行状态信息，并利用飞行器2来收集各个传感器节点1采集的信息，以用于光伏电站的监测，可以提高光伏电站的监测效率。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明光伏阵列移动监测系统的一个实施例的结构图。
图2为本发明光伏阵列移动监测系统的另一个实施例的结构图。
图3为本发明光伏阵列移动监测方法的一个实施例的流程图。
图4为传感器组件一个实施例的结构图。
图5为传感器组件中各个部件的部署位置示意图。
图6为本发明光伏阵列移动监测系统的又一个实施例的结构图。
图7为本发明光伏阵列移动监测方法的另一个实施例的流程图。
图8为本发明飞行器的飞行方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面参考图1描述本发明一个实施例的光伏阵列移动监测系统。
图1为本发明光伏阵列移动监测系统的一个实施例的结构图。如图1所示，该实施例的系统包括：传感器节点1以及飞行器2，飞行器2例如可以为无人机、飞机、飞碟，也可以为其他能够飞行的设备。传感器节点1和飞行器2组成无线传感网络。传感器节点1采集光伏阵列中光伏板的运行状态信息，并通过无线传感网络发送给飞行器2；飞行器2位于光伏阵列上空，用于接收传感器节点1发送的光伏板的运行状态信息。运行状态信息例如可以为光伏板的电流、电压、温度、太阳光照射度、转换效率等等。通过这些运行状态信息，可以获知光伏板的运行状况。
图1示出了每个光伏阵列对应一个传感器节点1的情况。然而本领域技术人员可以理解，根据需要，也可以在一个光伏阵列中设置多个传感器节点1，或者采用一个传感器节点1监测多个光伏阵列。
其中，传感器节点1可以包括无线收发器11，飞行器2也可以包括无线收发器21，如图2所示。传感器节点1的无线收发11器与飞 行器2的无线收发器21之间进行信息传输。
通过传感器节点1采集光伏板的运行状态信息，并利用飞行器2来收集各个传感器节点1采集的信息，以用于光伏电站的监测，可以提高光伏电站的监测效率。
并且，传感器节点1只需要采集相应的光伏阵列中光伏板的运行状态信息并传给飞行器2，因此只需要具有比较近距离的无线通信能力即可。从而，本发明的系统对传感器节点1的通信性能要求比较低。
下面参考图3进一步描述本发明一个实施例的光伏阵列移动监测方法。
图3为本发明光伏阵列移动监测方法的一个实施例的流程图。如图3所示，该实施例的方法包括：
步骤S302，飞行器2在光伏阵列上空，与光伏阵列中的传感器节点1组建无线传感网络。
例如，飞行器2可以向传感器节点1发送组网广播，传感器节点1在收到组网广播后加入无线传感网络，从而飞行器2和传感器节点1之间可以进行通信。
步骤S304，传感器节点1将采集到的光伏阵列中光伏板的运行状态信息通过无线传感网络发送给飞行器2。
步骤S306，飞行器2接收传感器节点1发送的光伏板的运行状态信息。
通过传感器节点1采集光伏板的运行状态信息，并利用飞行器2来收集各个传感器节点1采集的信息，以用于光伏电站的监测，可以提高光伏电站的监测效率。
在一个实施例中，可以在光伏板上设置传感器组件12，用于采集光伏板的运行状态信息，并发送给光伏板所属的光伏阵列对应的传感器节点1。
传感器组件12例如可以包括多种类型的传感器以及用于数据处理的部件。
从而，可以采用传感器组件12进行运行状态信息的采集，采用传 感器节点1接收传感器组件12采集的运行状态信息，并进行汇总和发送。
图4为传感器组件一个实施例的结构图。其中，传感器组件12可以包括无线收发器121，用于与传感器节点1进行数据交互。此外，还可以还包括光照传感器122、温度传感器123、电压传感器124和电流传感器125等传感器。
传感器组件12可以采集光伏板的光照度、温度、电压、电流等运行状态信息，并发送给传感器节点1，从而，能够监测到光伏板的多种类型的运行状态信息，使监测的内容更加全面。
由于传感器组件12可能包括多个部件，而各个部件的功能不尽相同，因此可以根据各个部件的功能部署各个部件的位置。
图5为传感器组件12中各个部件的部署位置示意图。如图5所示，光照传感器122、温度传感器123可以设置在光伏板的表面131。从而能够准确地测量光伏板的温度和光照度。
无线收发器121、电压传感器124、电流传感器125可以设置在光伏板的支架132上。从而能够尽可能地减少对光伏板的表面131的遮挡，并且可以对避免这些部件的阳光直射，延长使用寿命。
根据需要，传感器组件12还可以包括预功率计算模块、中央处理单元(CPU)、电源等等。
预功率计算模块或者中央处理单元可以根据传感器测量得到的当前光伏板的照射度、大气温度计算光伏板应当产生的功率P1，即预功率。P1例如可以采用公式(1)进行计算：
P1＝ηSIr×[1-0.005×(T+25)] (1)
其中，η为光伏板的光电转换效率，S为光伏板的面积，Ir为光伏板的照射度，T为当前温度。
中央处理单元还可以根据预功率计算光伏板的转换效率a，例如可以参考公式(2)的计算方法：
a＝UI/P1 (2)
其中，U为光伏板的电压值，I为光伏板的电流值，P1为光伏板 的预功率。
此外，中央处理单元还可以用于调度各个传感器进行运行状态信息的采集。
电源、预功率计算模块、中央处理单元等部件可以设置在光伏板的支架132上。
飞行器2除了可以收集光伏阵列中光伏板的运行状态信息以外，还采集光伏板的图像信息。下面结合图6描述本发明又一个实施例的光伏阵列移动监测系统。
图6为本发明光伏阵列移动监测系统的又一个实施例的结构图。如图6所示，在该实施例的系统中，还可以包括监测终端3，用于根据飞行器2发送的数据对光伏板进行监控。
监测终端3可以为监测中心的一个硬件设备。飞行器2可以将接收到的运行状态信息实时传输回远端的监测终端3，也可以根据网络状况、预设时间等条件进行传输。此外，飞行器2还可以将运行状态信息保存在存储器中，监测人员再通过有线传输、拷贝等方式将飞行器2采集的信息输出到监测终端3中。
从而，可以对飞行器2获取的数据和信息进行直观的展示和进一步处理。
采用监测终端3对光伏板进行监测的一个实施例为，监测终端3接收飞行器2发送的光伏板的运行状态信息，并根据运行状态信息对光伏板的工作性能进行监控。
例如，监测终端3可以将飞行器2发送的信息汇总为表格或者图表，从而可以直观地反映光伏板运行状态的变化。此外，监测终端3还可以对信息进行进一步的处理。
一种处理方式为，监测终端3通过比较飞行器2发送的光伏板的运行状态信息与光伏板的基准运行状态信息，来确定光伏板的工作性能。
例如，可以计算运行状态信息与基准运行状态信息的差值，并判断差值是否在预设范围内。如果差值不在预设范围内，则说明光伏板 出现故障。以运行状态信息包括电流值为例，当电流值和电流基准值的差值大于电流阈值时，说明光伏板产生了故障。
此外，在本发明提供的光伏阵列移动监测系统中，飞行器2还可以携带摄像装置22或者热成像装置23。其中，摄像装置22用于拍摄光伏板的图片、视频；热成像装置23用于拍摄光伏板的热成像图片。
从而，可以通过摄像装置22采集的图片监测光伏板是否清洁、破损或者被遮挡，通过热成像装置23采集的热成像图片监测光伏板是否有火情。
并且，可以结合光伏板的运行状态信息和采集到的图像数据综合地对光伏阵列进行监测。例如，当通过摄像装置22采集的图片发现光伏板有破损时，可以根据有破损的光伏板的运行状态信息判断光伏板是否能够正常工作，从而确定破损程度。
采用监测终端3对光伏板进行监控的一个实施例为，监测终端3通过比较飞行器2发送的热成像图片与基准热成像图片，判断光伏板的发热量是否正常；或者通过比较飞行器2发送的图片与基准图片，判断光伏板是否需要清扫。
在热成像图片中，采用不同的颜色标注物体的温度。例如，在部分热成像图片中，冷色部分对应的温度要高于暖色部分对应的温度。因此，可以采用图像处理技术比较飞行器2发送的热成像图片与基准热成像图片中相应位置的颜色的差异程度，从而判断光伏板的发热量是否正常，进而判断光伏阵列中是否有火情、光伏板是否发生故障等等。
监测终端3可以通过提取摄像装置22拍摄的图片与基准图片的特征，并根据特征的比较和匹配结果判断光伏板是否需要清洁。
另一种判断光伏板是否需要清洁的方法为：首先，飞行器2向光伏板投影正弦条纹图像；然后，飞行器2携带的摄像装置22中的CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)通过光伏板表面的反射接收到这些黑白条纹图像，生成图片；最后，监测终端3接收并处理飞行器2发送的图片，得到图片的相位图，经过积分运算后可以获得光 伏板表面各点的曲率。将飞行器2发送的图片的光伏板表面各点的曲率与基准图片的光伏板表面各点的曲率进行比较，即可发现光伏板表面是否需要清洁。
从而，可以发现光伏板表面的缺陷，如凸凹点、擦伤处、掉漆处等等。
下面结合图7描述本发明另一个实施例的光伏阵列移动监测方法。
图7为本发明光伏阵列移动监测方法的另一个实施例的流程图。如图7所示，该实施例的方法包括：
步骤S701，传感器组件12采集光伏板的运行状态信息，并发送给光伏板所属的光伏阵列对应的传感器节点1。
步骤S702，飞行器2在光伏阵列上空，与光伏阵列中的传感器节点1组建无线传感网络。
步骤S704，传感器节点1将采集到的光伏阵列中光伏板的运行状态信息通过无线传感网络发送给飞行器2。
步骤S706，飞行器2接收传感器节点1发送的光伏板的运行状态信息。
其中，步骤S702～S706的具体实施方式可以参考前述实施例的步骤S302～S306。
步骤S708，飞行器2携带的摄像装置22采集光伏板的图片、视频。
步骤S710，飞行器2携带的热成像装置23采集光伏板的热成像图片。
步骤S712，飞行器2向监测终端3发送采集的信息。
步骤S714，监测终端3接收飞行器2发送的光伏板的运行状态信息，并根据运行状态信息对光伏板的工作性能进行监控。
步骤S716，监测终端3接收飞行器2发送的图片，通过比较飞行器2发送的图片与基准图片，判断光伏板是否需要清扫。
步骤S718，监测终端3接收飞行器2发送的热成像图片，通过比较飞行器2发送的热成像图片与基准热成像图片，判断光伏板的发热 量是否正常。
通过采用上述方法，飞行器2可以通过网络将数据传送给监测终端3，以便监测人员能够快速地获得光伏阵列的当前信息。
本发明提供的飞行器2可以按照预先设定的路线飞行、自主飞行，或者通过人工控制飞行，例如可以根据部署光伏阵列的地形环境选择飞行模式。下面结合图8描述本发明飞行器2的飞行方法。
图8为本发明飞行器的飞行方法的一个实施例的流程图。如图8所示，该实施例的方法包括：
步骤S802，判断待监测的光伏阵列所处地点的地形是否复杂。
其中，可以根据飞行器2发送回的图像、视频判断当前地形是否复杂，也可以根据预存的数据判断当前地形是否复杂。
步骤S804，如果地形复杂，飞行器2以人工控制的方式飞行。
步骤S806，如果地形不复杂，飞行器2按照预先设定的路线飞行或者自主飞行。
自主飞行是指飞行器2通过发送雷达、超声波等信号或者通过接收到的传感器节点1的信号强度确定自身位置、并调整飞行轨迹的飞行方式。
步骤S808，判断当前检测的光伏板是否有故障。
飞行器2可以将采集到的信息、数据发送给监测终端3，监测终端3或者监测人员根据接收到的信息、数据对光伏板进行故障诊断，并将故障诊断结果反馈给飞行器2。
此外，如果飞行器2本身具有故障判断功能，该步骤也可以由飞行器2完成。
步骤S810，如果当前检测的光伏板有故障，飞行器2采用人工控制的方式对当前的光伏阵列进行多次数据采集。
当光伏板的初步判断结果为有故障时，飞行器2可以进行多次的数据采集，例如可以从不同角度拍摄图片、接收不同时间的运行状态信息等等，以免发生误判。
通过采用上述方法，可以使飞行器2能够适应多种地形和环境， 灵活性高。
此外，根据本发明的方法还可以实现为一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可读介质，在该计算机可读介质上存储有用于执行本发明的方法中限定的上述功能的计算机程序。本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (15)

1.一种光伏阵列移动监测系统，其特征在于，包括：
传感器节点(1)，
以及
飞行器(2)；
传感器节点(1)和飞行器(2)组成无线传感网络；
传感器节点(1)采集光伏阵列中光伏板的运行状态信息，并通过无线传感网络发送给飞行器(2)；
飞行器(2)位于光伏阵列上空，用于接收传感器节点(1)发送的光伏板的运行状态信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
传感器节点(1)包括无线收发器(11)，飞行器(2)包括无线收发器(21)；
传感器节点(1)的无线收发器(11)与飞行器(2)的无线收发器(21)之间进行信息传输。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
设置在光伏板的传感器组件(12)，用于采集光伏板的运行状态信息，并发送给光伏板所属的光伏阵列对应的传感器节点(1)。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述传感器组件(12)包括无线收发器(121)，还包括光照传感器(122)、温度传感器(123)、电压传感器(124)和电流传感器(125)中的至少一种传感器。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，
所述光照传感器(122)、温度传感器(123)设置在光伏板的表面；
所述无线收发器(121)、电压传感器(124)、电流传感器(125)设置在光伏板的支架上。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述飞行器(2)携带摄像装置(22)，和/或，热成像装置(23)；
所述摄像装置(22)用于拍摄光伏板的图片和/或视频；
所述热成像装置(23)用于拍摄光伏板的热成像图片。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，其特征在于，还包括：
监测终端(3)，用于接收飞行器(2)发送的光伏板的运行状态信息，并根据所述运行状态信息对光伏板的工作性能进行监控。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述监测终端(3)包括：
所述监测终端(3)用于通过比较飞行器(2)发送的光伏板的运行状态信息与光伏板的基准运行状态信息，来确定光伏板的工作性能。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，系统还包括：
监测终端(3)，用于通过比较飞行器(2)发送的热成像图片与基准热成像图片，判断光伏板的发热量是否正常；或者用于通过比较飞行器(2)发送的图片与基准图片，判断光伏板是否需要清扫。
10.一种光伏阵列监测方法，其特征在于，包括：
飞行器(2)在光伏阵列上空，与光伏阵列中的传感器节点(1)组建无线传感网络；
传感器节点(1)将采集到的光伏阵列中光伏板的运行状态信息通过无线传感网络发送给飞行器(2)；
飞行器(2)接收传感器节点(1)发送的光伏板的运行状态信息。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：
传感器组件(12)采集光伏板的运行状态信息，并发送给光伏板所属的光伏阵列对应的传感器节点(1)。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：
飞行器(2)携带的摄像装置(22)采集光伏板的图片，并发送给监测终端(3)；监测终端(3)通过比较飞行器(2)发送的图片与基准图片，判断光伏板是否需要清扫；
和/或，
飞行器(2)携带的热成像装置(23)采集光伏板的热成像图片，并发送给监测终端(3)；监测终端(3)通过比较飞行器(2)发送的热成像图片与基准热成像图片，判断光伏板的发热量是否正常。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：
监测终端(3)接收飞行器(2)发送的光伏板的运行状态信息，并根据所述运行状态信息对光伏板的工作性能进行监控。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：
监测终端(3)通过比较飞行器(2)发送的光伏板的运行状态信息与基准运行状态信息，来确定光伏板的工作性能。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，
飞行器(2)按照预先设定的路线飞行，或者
飞行器(2)自主飞行，或者
飞行器(2)通过人工控制飞行。
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