CN107171640A - 一种光伏组件监测装置及光伏发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光伏组件监测装置实现对光伏组件的电压、电流、温度、湿度实时监测，通过无线通信方式上传远程监控后台，便于及时发现异常，主动提醒，避免发生严重损失。还提供一种光伏发电系统，白天正常发电并择机对蓄电池充电，晚间对光伏组件施加反向偏向电压，以消除光伏组件的PID现象，提高白天光伏组件的发电效率。

Description

一种光伏组件监测装置及光伏发电系统
技术领域
本发明涉及一种光伏组件监测装置，特别是一种光伏组件监测装置及光伏发电系统。
背景技术
在分布式光伏电站中，由于没有专人负责日常管理(比如24小时巡检)，导致出现异常情况，如某些组件不正常工作，甚至因温度过高或线路异常导致起火，不能及时察觉，势必会对光伏电站正常工作带来一定的影响，甚至引起火灾等事故。除了监测光伏组件的温度、电流、电压异常外，随着用户对光伏系统更高性能品质需求，及光伏产业的迅猛发展，需要得到光伏组件的更多特性数据，以实现对整个光伏系统的精确控制。随着监测项目的增多，其布线变得异常复杂。
随着光伏产业的不断发展，光伏电站的应用地从荒无人烟的戈壁大漠到阳光灿烂的内陆、沿海城市，应用环境的不同造成了光伏电站的发电效率的差异性，光伏组件的PID效应作为影响电站发电量的重要因素之一，受到了业界的广泛关注。PID效应业内称之为电位诱导衰减(Potential Induced Degree，PID)，是由于大量电荷聚集在电池片表面，使电池表面钝化，使得电池组件的功率急剧衰减，电池组件的开路电压、短路电流减小，减少了光伏电站的收益。
现有抵消PID现象的方法主要是在夜间通过电网交流电压经整流后给光伏组件提供反向直流电，使组件因白天PID效应而损失的电子得到补偿。这样的缺点：需要借助电网，对于某些特殊地区实现较为困难；一般是在各组件母线上施加高直流电压，集中进行失效补偿，没有针对性，补偿效果不明显。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种光伏组件监测装置。
为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种光伏组件监测装置，包括：
电压采样单元，与光伏组件电连接，用于采集光伏组件的电压信号；
电流采样单元，与光伏组件电连接，用于采集光伏组件的电流信号；
温度传感器，安装在光伏组件上，用于采集光伏组件的温度信号；
湿度传感器，安装在光伏组件上，用于采集光伏组件的湿度信号；
控制单元，用于接收所述电压采样单元、电流采样单元、温度传感器、湿度传感器采集的光伏组件信号数据；
无线通信单元，与所述控制单元连接，用于将所述控制单元数据传输到远程监控后台的无线接收装置。
本发明相较于现有技术，实现对光伏组件的电压、电流、温度、湿度实时监测，通过无线通信方式上传远程监控后台，便于及时发现异常，主动提醒，避免发生严重损失。
进一步地，所述控制单元包括计量芯片、微控制单元，所述计量芯片与所述微控制单元信号连接，所述电压采样单元、电流采样单元与所述计量芯片连接，所述温度传感器、湿度传感器与所述微控制单元连接。
采用上述优选的方案，有效优化监测装置结构，节省安装空间。
进一步地，还包括北斗导航定位单元，所述北斗导航定位单元与所述无线通信单元信号连接。
采用上述优选的方案，便于采集光伏组件地理位置信号，远程监控后台根据地理位置信号联网查询获取当地光照特性数据，并与监测装置上传数据进行比对，可以更精准判定异常信号的准确度。
进一步地，还包括第一继电器、第二继电器，所述第一继电器、第二继电器与所述微控制单元信号连接，所述第一继电器串接在光伏组件的输出端，所述第二继电器与光伏组件并联在光伏发电系统中。
采用上述优选的方案，当监测到光伏组件特性信号异常时，通过第一继电器切断发生异常的光伏组件与光伏发电系统的连接通路，通过第二继电器的接通，确保与异常光伏组件相串接的其他光伏组件的正常工作。
进一步地，还包括RS485接口单元，所述RS485接口单元与所述微控制单元连接。
进一步地，所述计量芯片具体为RN8209计量芯片，所述微控制单元采用MCUPD78F0527。
采用上述优选的方案，可以根据光伏组件当地条件，选择采用RS485接口进行数据交互，提高稳定性。
一种光伏发电系统，包括多组光伏组件串接组合、并网逆变器，所述光伏组件串接组合并联到所述并网逆变器，将电能输送到电网，其特征在于，还包括上述光伏组件监测装置，所述光伏组件监测装置用于监测所述光伏组件的特性信号。
采用上述优选的方案，实时监测光伏组件，确保光伏发电系统安全稳定。
进一步地，还包括蓄电池、蓄电池控制单元，所述蓄电池与所述光伏组件串接组合相互并联在光伏发电系统中，所述蓄电池控制单元可以控制所述光伏组件串接组合对所述蓄电池充电，所述蓄电池控制单元还可以控制所述蓄电池对所述光伏组件串接组合中的光伏组件施加反向偏向电压。
采用上述优选的方案，白天正常发电的同时，有序对蓄电池充电，晚间对光伏组件施加反向偏向电压，以消除光伏组件的PID现象，提高白天光伏组件的发电效率。
进一步地，所述蓄电池与所述并网逆变器间的回路中连接有第三继电器，所述光伏组件串接组合与所述并网逆变器负极的回路中连接有第四继电器，所述第三继电器、第四继电器与所述蓄电池控制单元信号连接。
采用上述优选的方案，所述蓄电池控制单元根据蓄电池剩余电量及光伏组件的发电状况，通过第三继电器、第四继电器，有序地控制蓄电池的充放电，通过控制与单个光伏组件相串并联的第一继电器、第二继电器配合通断，有序地控制充放电。
进一步地，还包括远程监控后台，所述远程监控后台通过所述无线通信单元与所述微控制单元通信，所述远程监控后台还与蓄电池控制单元信号连接；所述远程监控后台通过所述北斗导航定位单元获取光伏组件的位置信息，进而获得当地标准光照特性数据，将接收到的光伏组件特性数据与当地标准光照特性数据比较分析，通过第一继电器、第二继电器控制光伏组件的通断；所述远程监控后台根据接收到的光伏组件特性数据，控制白天所述光伏组件串接组合对所述蓄电池充电，控制夜间所述蓄电池对光伏组件有序施加反向偏向电压。
采用上述优选的方案，能整体优化光伏发电系统的充放电，及时消除光伏组件的PID现象，提高光伏发电系统发电效率。
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是本发明光伏组件监测装置一种实施方式的结构示意图；
图2是本发明光伏发电系统一种实施方式的结构示意图。
图中数字和字母所表示的相应部件的名称：
1-光伏组件监测装置；11-电压采样单元；12-电流采样单元；13-温度传感器；14-湿度传感器；15-RS485接口单元；16-无线通信单元；17-计量芯片；18-微控制单元；21-蓄电池；22-蓄电池控制单元；23-第三继电器；24-第四继电器；3-光伏组件；31-第一继电器；32-第二继电器；4-并网逆变器；5-电网；6-远程监控后台。
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。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。
如图1所示，一种光伏组件监测装置，电压采样单元11，与光伏组件电连接，用于采集光伏组件的电压信号；
电流采样单元12，与光伏组件电连接，用于采集光伏组件的电流信号；
温度传感器13，安装在光伏组件上，用于采集光伏组件的温度信号；
湿度传感器14，安装在光伏组件上，用于采集光伏组件的湿度信号；
控制单元，用于接收所述电压采样单元、电流采样单元、温度传感器、湿度传感器采集的光伏组件信号数据；
无线通信单元16，与所述控制单元连接，用于将所述控制单元数据传输到远程监控后台的无线接收装置。
采用上述技术方案的有益效果是：实现对光伏组件的电压、电流、温度、湿度实时监测，通过无线通信方式上传远程监控后台，便于及时发现异常，主动提醒，避免发生严重损失。
在本发明的另一些实施方式中，为了达到优化监测装置结构的目的，所述控制单元包括计量芯片17、微控制单元18，计量芯片17与微控制单元18信号连接，电压采样单元11、电流采样单元12与计量芯片17连接，温度传感器13、湿度传感器14与微控制单元18连接。采用上述技术方案的有益效果是：有效优化监测装置结构，节省安装空间。
在本发明的另一些实施方式中，为了达到获得光伏组件位置信息的目的，还包括北斗导航定位单元，所述北斗导航定位单元与无线通信单元信号16连接。采用上述技术方案的有益效果是：便于采集光伏组件地理位置信号，远程监控后台根据地理位置信号联网查询获取当地光照特性数据，并与监测装置上传数据进行比对，可以更精准判定异常信号的准确度。
如图2所示，在本发明的另一些实施方式中，为了达到方便控制异常光伏组件的目的，还包括第一继电器31、第二继电器32，第一继电器31、第二继电器32与微控制单元18信号连接，第一继电器31串接在光伏组件3的输出端，第二继电器32与光伏组件3并联在光伏发电系统中。采用上述技术方案的有益效果是：当监测到光伏组件3特性信号异常时，通过第一继电器31切断发生异常的光伏组件与光伏发电系统的连接通路，通过第二继电器32的接通，确保与异常光伏组件相串接的其他光伏组件的正常工作。
在本发明的另一些实施方式中，为了达到增加RS485接口的目的，还包括RS485接口单元15，RS485接口单元15与微控制单元18连接；计量芯片17具体为RN8209计量芯片，微控制单元18采用MCU PD78F0527。采用上述技术方案的有益效果是：可以根据光伏组件当地条件，选择采用RS485接口进行数据交互，提高稳定性。
一种光伏发电系统，包括多组光伏组件串接组合、并网逆变器，所述光伏组件串接组合并联到所述并网逆变器，将电能输送到电网，其特征在于，还包括上述光伏组件监测装置1，光伏组件监测装置用于监测光伏组件3的特性信号。
采用上述技术方案的有益效果是：实时监测光伏组件，确保光伏发电系统安全稳定。
在本发明的另一些实施方式中，为了达到消除光伏组件PID现象的目的，还包括蓄电池21、蓄电池控制单元22，蓄电池21与所述光伏组件串接组合相互并联在光伏发电系统中，蓄电池控制单元22可以控制所述光伏组件串接组合对蓄电池21充电，蓄电池控制单元22还可以控制蓄电池21对所述光伏组件串接组合中的光伏组件3施加反向偏向电压。采用上述技术方案的有益效果是：白天择机对蓄电池21充电，晚间对光伏组件3施加反向偏向电压，以消除光伏组件3的PID现象，提高白天光伏组件的发电效率。
在本发明的另一些实施方式中，为了达到方便控制正常发电与向蓄电池储电有序切换的目的，蓄电池21与并网逆变器4间的回路中连接有第三继电器23，所述光伏组件串接组合与并网逆变器4负极的回路中连接有第四继电器24，第三继电器23、第四继电器24与蓄电池控制单元22信号连接。采用上述技术方案的有益效果是：所述蓄电池控制单元22根据蓄电池21剩余电量及光伏组件3的发电状况，通过第三继电器23、第四继电器24，有序地控制蓄电池的充放电，通过控制与单个光伏组件3相串并联的第一继电器31、第二继电器32配合通断，有序地控制充放电。
在本发明的另一些实施方式中，为了达到方便监控及优化控制的目的，还包括远程监控后台6，远程监控后台6通过无线通信单元16与微控制单元18通信，远程监控后台6还与蓄电池控制单元22信号连接；远程监控后台6通过所述北斗导航定位单元获取光伏组件3的位置信息，进而获得当地标准光照特性数据，将接收到的光伏组件特性数据与当地标准光照特性数据比较分析，通过第一继电器31、第二继电器32控制光伏组件3的通断；远程监控后台6根据接收到的光伏组件3特性数据，控制白天光伏组件3串接组合对蓄电池21择机充电，控制夜间蓄电池21对光伏组件3有序施加反向偏向电压。采用上述技术方案的有益效果是：能整体优化光伏发电系统的充放电，及时消除光伏组件的PID现象，提高光伏发电系统发电效率。
本光伏发电系统控制原理如下：
1.远程监控后台通过光伏组件监测装置获得各光伏组件的电流值、温度值，超出上限临界值时切断异常光伏组件与光伏发电系统的连接通路；
2.远程监控后台通过北斗导航定位单元获取光伏组件的位置信息，获得当地标准光照特性数据，判定本日光照是否具备向蓄电池充电条件；
3.远程监控后台通过蓄电池控制单元获得蓄电池的剩余电量信号，低于蓄电池电量临界值时且满足上述第2条光照特性时，当日实施充电，再根据光伏组件串接组合实际发电量来判定分配给蓄电池充电的光伏组件数量；
4.远程监控后台通过光伏组件监测装置获得的光伏组件发电电流、电压值判定是否小于下限临界值，再结合检测到的温湿度数据，判定晚间是否通过蓄电池施加反向电压，以消除PID现象。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光伏组件监测装置，其特征在于，包括：
电压采样单元，与光伏组件电连接，用于采集光伏组件的电压信号；
电流采样单元，与光伏组件电连接，用于采集光伏组件的电流信号；
温度传感器，安装在光伏组件上，用于采集光伏组件的温度信号；
湿度传感器，安装在光伏组件上，用于采集光伏组件的湿度信号；
控制单元，用于接收所述电压采样单元、电流采样单元、温度传感器、湿度传感器采集的光伏组件信号数据；
无线通信单元，与所述控制单元连接，用于将所述控制单元数据传输到远程监控后台的无线接收装置。
2.根据权利要求1所述的光伏组件监测装置，其特征在于，所述控制单元包括计量芯片、微控制单元，所述计量芯片与所述微控制单元信号连接，所述电压采样单元、电流采样单元与所述计量芯片连接，所述温度传感器、湿度传感器与所述微控制单元连接。
3.根据权利要求2所述的光伏组件监测装置，其特征在于，还包括北斗导航定位单元，所述北斗导航定位单元与所述无线通信单元信号连接。
4.根据权利要求3所述的光伏组件监测装置，其特征在于，还包括第一继电器、第二继电器，所述第一继电器、第二继电器与所述微控制单元信号连接，所述第一继电器串接在光伏组件的输出端，所述第二继电器与光伏组件并联在光伏发电系统中。
5.根据权利要求2所述的光伏组件监测装置，其特征在于，还包括RS485接口单元，所述RS485接口单元与所述微控制单元连接。
6.根据权利要求5所述的光伏组件监测装置，其特征在于，所述计量芯片具体为RN8209计量芯片，所述微控制单元采用MCU PD78F0527。
7.一种光伏发电系统，包括多组光伏组件串接组合、并网逆变器，所述光伏组件串接组合并联到所述并网逆变器，将电能输送到电网，其特征在于，还包括权利要求1-6任一所述的光伏组件监测装置，所述光伏组件监测装置用于监测所述光伏组件的特性信号。
8.根据权利要求7所述的光伏发电系统，其特征在于，还包括蓄电池、蓄电池控制单元，所述蓄电池与所述光伏组件串接组合相互并联在光伏发电系统中，所述蓄电池控制单元可以控制所述光伏组件串接组合对所述蓄电池充电，所述蓄电池控制单元还可以控制所述蓄电池对所述光伏组件串接组合中的光伏组件施加反向偏向电压。
9.根据权利要求8所述的光伏发电系统，其特征在于，所述蓄电池与所述并网逆变器间的回路中连接有第三继电器，所述光伏组件串接组合与所述并网逆变器负极的回路中连接有第四继电器，所述第三继电器、第四继电器与所述蓄电池控制单元信号连接。
10.根据权利要求9所述的光伏发电系统，其特征在于，还包括远程监控后台，所述远程监控后台通过所述无线通信单元与所述微控制单元通信，所述远程监控后台还与蓄电池控制单元信号连接；所述远程监控后台通过所述北斗导航定位单元获取光伏组件的位置信息，进而获得当地标准光照特性数据，将接收到的光伏组件特性数据与当地标准光照特性数据比较分析，通过第一继电器、第二继电器控制光伏组件的通断；所述远程监控后台根据接收到的光伏组件特性数据，控制白天所述光伏组件串接组合对所述蓄电池充电，控制夜间所述蓄电池对光伏组件有序施加反向偏向电压。
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