CN107370456A - 一种智能光伏电池系统的设计 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可以方便检测电池片工作状态及进行简单电路转换的光伏发电系统自动检测及故障排除的方法，其通过在光伏电池片阵列中设置外围电路，通过相关程序可自动检测出阵列中短路或故障的单体电池片并将其自动短接置换，使光伏发电系统避免了光伏电池片阵列中因某个单体电池片损坏而造成无法使用的情况，使光伏发电系统在下一次集中检修之前仍可以保持运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能光伏发电组件的设计，具体而言，涉及到一种可以方便检测电池片工作状态及自动将无法正常工作的电池片短接的光伏电池片阵列的设计。
背景技术
目前，独立式光伏发电系统在广大农村地区已经得到了一定程度的应用且具有广阔的发展前景。但在实际使用的过程中，经常会出现当系统发电故障时，由于用户的专业性局限性及农村地区技术支持人员经常无法在第一时间抵达现场，造成光伏发电系统无法工作而闲置的情况。然而，在实际故障排查中，系统故障经常是由一片或几片光伏电池损坏造成的。例如，串联使用的电池阵列，其中一片电池片损坏或相关焊接原因等造成断路，则整个串联电池阵列由于系统断路而无法使用，或者其中一片电池片因自身原因内阻过大造成而拉低了总的输出电压无法对蓄电池进行充电。若将损坏电池片自动替换为导线，通常情况下虽输出电压较正常电压值略有减小，但仍可满足蓄电池的充电要求，使光伏发电系统在下一次集中检修之前仍可以继续运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的智能光伏电池系统的设计，其在传统的光伏电池片阵列上搭建外围电路，利用信息采集模块通过所述外围电路对光伏发电阵列中的电池片进行检测，若发现异常情况，利用简单的开关控制可自动将损坏的电池片短接替换，保证光伏发电系统的正常运行，大大减轻了光伏技术服务人员的检修频率，促进光伏发电技术的应用。
本发明可以通过以下技术方案来实现：
一种光伏发电系统，其特征在于：所述光伏发电系统设有一中央控制系统；光伏发电系统的光伏电池片阵列中的每一个电池组的正、负极引线上各串接有一单刀双掷开关；每一个电池组的正、负极通过一个串联的开关及采样电阻短接；所述采样电阻连接至中央控制系统的信息采集模块，所述开关均连接至中央控制系统的开关控制模块。
进一步地，本发明可利用以下技术方案实现：
所述中央控制系统的信息采集模块和开关控制模块均经开关选择电路模块分别连接至采样电阻及各个开关上。
所述中央控制系统为PC控制系统或单片机。
所述光伏电池片阵列中的每一个电池组可以为单体电池片，也可为单体电池片的并联结构；所述光伏电池片阵列由所述电池组串联构成。
所述采样电阻可通过串接一个电流传感器的方式连接至信息采集模块，也可采用直接将电阻两端电压连接至信息采集模块的方式。
所述开关为继电器。
本方案的优点在于：光伏电池阵列为串联结构或先并联后串联结构时，若其中有电池片损坏或相应外围接触断路造成无输出电压时，可自动将损坏部分用导线替换掉，若光伏电池阵列损坏部分较少，例如一处或两处，则不会明显影响输出电压，保证对蓄电池的正常充电。同时，检测及排除故障的过程中总的输出电压仅略微减小，因此不影响光伏发电系统对蓄电池的正常充电。
附图说明
图1为本发明光伏电池阵列的结构示意图。
图2为光伏电池片并联的示意图。
图3为光伏电池阵列的先串联后并联形式的结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图1-2更详细地描述本发明，以下说明中，省略了对本领域内技术人员公知结构和技术的描述。如图1中所示，本光伏发电阵列由多个光伏电池组1串联组成，光伏电池组1可以为单体电池片2，也可为图2中所示单体光伏电池片2的并联结构。在每一电池组1的正、负极引线上各串接有一开关S1、S2；每一电池组1的正、负极通过一个串联的开关S3及采样电阻R短接；所述采样电阻R的采样信号经导线连接至一信息采集模块，所述所有开关均连接至以开关控制模块。为避免使示意图线条凌乱，保持示意图的简洁以便于描述本发明的工作过程，且因为所有光伏电池组1的采样电阻和开关经导线连接至信息采集模块和开关控制模块的方式完全相同，故附图1中仅画出了光伏电池片阵列中的一个光伏电池组1的采样电阻和开关经导线连接至信息采集模块和开关控制模块，其并不影响对实施例的介绍。
所述电阻的采样信号即可直接串接一个电流传感器，将电流传感器的输出端连接至信息采集模块；也可为采用电压采样的方式，将电阻两侧电压分别经导线连接至信息采集模块。 所述信息采集模块和开关控制模块可以是一PC控制系统，通过外接的开关电路模块对PC控制系统的I/O口扩展后分别连接至采样电阻和各开关上；其中所述外接的开关选择电路模块可根据光伏电池阵列的规模自行确定，例如：本实施例中光伏电池阵列为8个串联的电池组1，每个电池组1为8个并联的单体电池片，则选用64路的开关选择电路模块即可满足；所述信息采集模块和开关控制模块也可以是单片机系统，通过外接的开关电路模块对单片机的I/O口进行扩展，采用分时采样的方法，利用单片机的输入端口分时段采样不同电池组1的数据进行处理，然后通过单片机输出端口输出开关控制信号通过开关选择电路模块进行相应开关的操作，无需用户处理。
在上述设计的基础上，以采样信号为电阻R两端电压，以单片机作为控制系统为例，结合附图1-2介绍本系统的工作过程：本系统单刀双掷的开关S1、S2的动端，即“刀”分别置于A、A’端点，S3处于常开状态，则该状态下光伏发电阵列中所有电池组1串联工作；单片机执行预设程序不停或每隔一个时间周期检测一次光伏阵列两端的总电压，当检测本系统无输出电压时或输出电压比单片机程序内的总电压低时，通常情况下为光伏发电阵列中的某一个电池组1无法正产工作，导致整个串联结构的光伏发电阵列无输出电压时或输出电压比单片机程序内的总电压低。此时，单片机输出引脚输出高低电位“0”、“1”形式的开关控制信号，将开关S1、S2的动端分别置于B、B’端点，S3闭合，此时相应的电池组1的正、负极通过电阻R短接且该电池组1被从串联结构的光伏发电阵列中孤立出来，短路电流流过电阻R，采样电阻R两端电压被读入输入端口，与程序中预设的采样电压值相比较：若采样电压值正常，则单片机根据预设程序由输出端口输出开关控制信号重新将开关S1、S2的动端分别置于A、A’端点，S3断开；若采样电压严重偏小或无采样电压，单片机输出端口无动作，各开关状态保持不变。然后通过开关选择电路模块进行下一电池组1的检测，这样即完成了利用单片机系统分时段检测不同电池组1的采样电压并完成相应开关操作的功能。
由上一段所述原理可知，对于本系统的优点在于：当光伏阵列中某电池组1断路时由于硅片本身质量问题内阻很大造成总输出电压明显下降时，可自动将其从系统中短接，保证串联电路的典型导通，若路2的电池组1较少，则总的输出电压影响较小，依然可以满足对蓄电池的充电，避免了光伏系统因某一串联的电池组1断路而无输出电压的情况。同时在检测及排除故障的过程中总的输出电压仅略微减小，电压减小的值为正在被检测的一个单体电池片的值，例如一个普通的22cm×22cm的多晶硅片的工作电压，因此通常情况下不影响光伏发电系统对蓄电池的正常充电。
如图3所示，对于实际中经常使用的先串联再并联的电池阵列结构，因所使用的单体电池片的规格相同，例如普通的22cm×22cm的多晶硅片，其输出电压和功率均一致，因此可将其变换成如图1所示的结构后应用本发明。例如：8路并联，每一路由5个单体电池片串联的光伏电池阵列，可转换成5组电池组串联，每组电池组由8个并联的单体电池片构成的阵列。
最后，对单片机或PC控制系统，编写程序时系统总电压及采样电阻短路电压的预先写入值应比正常工作值小，以适应电压正常波动范围的需要，具体偏小程度视具体发电系统参数确定；若采用单片机最后应将其固定置于光伏电池片阵列背面且与背面保持一定距离或其它阴凉处避免温度过高。关于单片机或PC控制系统及外接电路选择具体控制程序的编写为技术人员均可编写完成，在此不再赘述。
上面具体描述了本发明技术方案的应用实例，它仅作为例子给出，不视为本发明的应用限制。凡操作条件的等同替换，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种光伏发电系统，其特征在于：所述光伏发电系统设有一中央控制系统；光伏发电系统的光伏电池片阵列中的每一个电池组的正、负极引线上各串接有一单刀双掷开关；每一个电池组的正、负极通过一个串联的开关及采样电阻短接；所述采样电阻连接至中央控制系统的信息采集模块，所述开关均连接至中央控制系统的开关控制模块。
2.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于：所述中央控制系统的信号采集模块和开关控制模块均经开关选择电路模块分别连接至采样电阻及各个开关上。
3.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于：所述中央控制系统为PC控制系统或单片机。
4.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于：所述光伏电池片阵列中的每一个电池组可以为单体电池片，也可为单体电池片的并联结构；所述光伏电池片阵列所述电池组串联构成。
5.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于：所述采样电阻可通过串接一电流传感器的方式连接至信号采集模块，也可采用直接将电阻两端电压连接至信号采集模块的方式。
6.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于：所述开关为继电器。
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