CN107482681A - 一种基于互联网的太阳能电池集及其监控系统和监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于互联网的太阳能电池集及其监控系统和监控方法，包括太阳能电池片和监控系统，太阳能电池片与片之间，台与台之间均通过光耦继电器实现隔离，多台太阳能电池板串联把大系统电压提高到高压直流电的范围，通过逆变器变换成三相高压交流电直接并网。监控系统包括监控终端、监控平台和运行管理系统，监控终端监测到每台太阳能电池板经向边缘两侧或纬向边缘两侧的太阳能电池片组输出功率不同，则通过光纤通讯网络与监控平台和运行管理系统进行通信，运行管理系统接收信息后会调整太阳能电池机架的经纬度，实现垂直跟踪太阳。本发明解决了现有太阳能电池被太阳垂直照射时间太短，阳光利用效率低的问题，同时降低了辅助设备成本。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于互联网的太阳能电池集及其监控系统和监控方法。
背景技术
随着传统能源的不断消耗，新的可再生清洁能源成为世界关注的话题。太阳能做为新型可再生清洁能源，可利用范围广，开发过程对生态环境没有损害，储存量大，太阳能电池利用这些优点将太阳能转化为电能。传统太阳能电池是由若干太阳能电池片串联而成，因为太阳能电池片之间相互没有采取隔离措施，只要有一片电池片不工作或工作不正常，太阳能电池就沒有功率输出。太阳能电池片在接受太阳光辐射受到时段、季节、气候、地区的影响，它的能量输出是变化的，所以它的电压、电流、功率输出也是变量。如果太阳能电池的面板，因为经、纬角度，多云天气的原因，接受到太阳光的照射不均匀时，出现热斑效应，没有功率输出的太阳能电池片在串联回路中会作另一种负载出现，不但输出功率受损，而且会缩短太阳能电池片的寿命。传统固定式支架太阳能电池只能接受到晴天太阳四小时的辐射，并且是斜射所以说能量浪费能量太大。因此需要设计一种能同步垂直跟踪太阳，太阳能电池片与片之间，台与台之间相互隔离的太阳能电池板。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于互联网的太阳能电池集及其监控系统和监控方法，用以解决现有太阳能电池板阳光利用效率低，太阳能电池片损坏后易互相影响的问题。
为实现上述目的，本发明公开了一种基于互联网的太阳能电池集，所述互联网太阳能电池集经逆变器逆变后直接并入电网，所述太阳能电池集包括多台太阳能电池板，相邻两台太阳能电池板通过光耦继电器连接在一起，每台太阳能电池板包括多组太阳能电池模组，所述太阳能电池模组包括多个太阳能电池片组，每个太阳能电池片组包括多片太阳能电池片。
本发明公开的上述基于互联网的太阳能电池集，所述太阳能电池片多片串联为一个太阳能电池片组，每个太阳能电池片组接入DC/DC升压变换器，相邻两个DC/DC升压变换器的输出通过光耦继电器串联在一起，多个太阳能电池片组接入DC/DC升压变换器后通过光耦继电器串联构成一组太阳能电池模组。
本发明公开的上述基于互联网的太阳能电池集，所述太阳能电池模组多组进行并联，形成一台太阳能电池板，每台太阳能电池板输出接DC/DC降压变换器，相邻两个DC/DC降压变换器通过光耦继电器串联在一起，多台接入DC/DC降压变换器的太阳能电池板串联接入逆变器，逆变器的输出可直接并入电网。
本发明公开的上述基于互联网的太阳能电池集，所述光耦继电器有二组触点，分别为常闭触点和常开触点，正常情况下常闭触点接入输电通道，当与光耦继电器连接的器件出现故障后常闭触点跳转为常开，切断故障电池片部分功率输出，同时常开触点闭合，短接输电通道，保证输电通道正常运行。
本发明公开的上述基于互联网的太阳能电池集的监控系统，所述监控系统包括：所述监控终端、监控平台和运行管理系统，监控终端将采集的信息传送至监控平台，监控平台对信息进行汇总后传送至运行管理系统，运行管理系统做出判断并发出指令。
本发明公开的上述基于互联网的太阳能电池集的监控系统，所述监控终端包括监控设备和嵌入式软件，所述监控设备包括监控终端接线盒，监控终端接线盒为独立的接线盒，不随太阳能电池板的支架转动，所述嵌入式软件嵌入至监控设备并通过二次写入和远程下载的方式进行更新，所述监控终端监测每片太阳能电池片组的功率输出和经、纬度移动，对输出功率进行对比后将信息传送至监控平台。
本发明公开的上述基于互联网的太阳能电池集的监控系统，所述监控平台包括监控计算机、光纤通讯网络和监控软件，所述监控计算机通过光纤网络与监控终端之间进行通讯联系，监控软件定期对管辖下的监控终端进行状态的巡检和自检，并接收传递监控终端发来的报警信号，太阳能电池架移动位置信息和太阳能电池片组的功率输出状态信息。
本发明公开的上述基于互联网的太阳能电池集的监控系统，所述光纤通讯网络包括：光端机、电端机、光纤、中继器、光纤连接器，光端机包括光发信机和光收信机，光发信机包括光源、驱动器和调制器，其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波实现电/光转换，然后已调光波通过光纤进行传输，中继器的作用是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减，对波形失真的脉冲进行修正，光收信机包括光检测器和光放大器，其功能为将光纤传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，实现光/电转换，然后再将这微弱电信号放大到足够的大电平，送到接收端的电端机上，光纤连接器将光发信机和光收信机连接成一个光纤通讯网络。
本发明公开的上述基于互联网的太阳能电池集的监控系统，所述运行管理系统包括两台引领太阳能电池板、一套GIS电子地址系统和数据库系统，两台引领太阳能电池板直接与运行管理系统相连，引领太阳能电池板接收到阳光照射后将信息传递给运行管理系统，运行管理系统下达指令，全部太阳能电池板旋转至阳光垂直照射的方向，GIS电子地址系统对每片太阳能电池片和每台太阳能电池板都进行编号，每个编号对应每台设备的具体位置，运行管理系统可通过编号确定故障设备的具体位置，数据库系统存储被控监控设备的属性信息以及监控设备、监控终端和监控平台相互归属关系的地址编码、设备编号信息。
本发明公开的上述基于互联网的太阳能电池集的监控方法，监控终端监测每台太阳能电池板中太阳能电池片的输出功率，监控终端对监测到的信息进行处理分类，将每台太阳能电池板经向边缘两侧太阳能电池片组的输出功率之和进行对比，纬向边缘两侧太阳能电池片组的输出功率之和进行对比，由监控终端把对比结果传递给监控平台，监控平台对信息汇总后传送至运行管理系统，经过运行管理系统处理后下达命令，每台太阳能电池板纬向边缘两侧太阳能电池片组输出功率之和不等，则调整太阳能电池板纬向倾斜角度，每台太阳能电池板经向边缘两侧太阳能电池片组输出功率之和不等，则调整太阳能电池板经向倾斜角度，调整速度主要根据两侧边缘太阳能电池片组输出功率的差值来决定，差值大则调整速度快，差值小则调整速度慢，调整完毕再对比太阳能电池板中所有的太阳能电池片组的输出功率是否相等，相等则说明该太阳能电池板垂直跟踪太阳。
本发明方法具有如下优点：
本发明公开的一种基于互联网的太阳能电池集及其监控系统和监控方法，太阳能电池片与片之间相隔离，台与台之间相隔离，有任何一片太阳能电池出现问题不会影响其它太阳能电池片组的工作，监控终端监测太阳能电池片组的输出功率将信息传送至运行管理系统，运行管理系统发出指令及时调整太阳能电池板的朝向，使太阳能电池板一直垂直跟踪太阳，阳光的利用效率得到提升，多台太阳能电池板串联，把大系统电压提高到高压直流电的范围，通过逆变器变换成三相高压交流电直接并入电网，降低了运营成本。
附图说明
图1是本发明公开的一种基于互联网的太阳能电池集的太阳能电池片连接示意图。
图2是本发明公开的一种基于互联网的太阳能电池集的多组太阳能电池模组连接示意图。
图3是本发明公开的一种基于互联网的太阳能电池集的监控系统示意图。
图4是本发明公开的一种基于互联网的太阳能电池集的运行管理系统示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例
参考图1，本实施例公开了一种基于互联网的太阳能电池集，所述太阳能电池集包括所有台太阳能电池板，本实施例为10MW太阳能发电站，以1MW为基本单元，则太阳能池集由1000台太阳能电池板组成，10MW太阳能电池集就是由10000台太阳能电池板组成，所述太阳能电池集包括太阳能电池片，所述太阳能电池片每三片太阳能电池片1串联为一个太阳能电池片组，每一个太阳能电池片组接入第一DC/DC升压变换器，每个太阳能电池片组采用三片电池片串联，单片输出电压0.5v，串联后电压为1.5v，通过DC/DC升压变换器2，把1.5v升压到3.0v，并且稳压到3.0v。由于目前DC/DC升压变换器2输入电压最低电压为0.8v，只要输入电压大于0.8v，输出电压改变输出电流方式保持电压输出3.0v，并且实现输入端与输出端相隔离。相邻两个DC/DC升压变换器2通过光耦继电器3串联在一起，起到了小组串联电池片与片之间的隔离，20个太阳能电池片组接入DC/DC升压变换器2后通过光耦继电器3串联构成一组太阳能电池模组4，输出电压为60v。
参考图2，所述接入第二DC/DC升压变换器7的太阳能电池模组4每四组进行并联，构成一台太阳能电池板，每台太阳能电池板的输出电压为60v，所述每台太阳能电池板输出接DC/DC降压变换器5，电压从60v降为35v，相邻两个DC/DC降压变换器5通过光耦继电器3串联在一起，起到太阳能电池台与台之间的隔离，光耦继电器是有两种状态，一个常开状态，一个常闭状态，正常运行时，常闭状态传送输出的电能，当某台太阳能电池故障或出现热斑效应时，它会从常闭转化为常开，断开这架有故障的太阳能电池DC/DC降压变压器功率输出，让太阳能电池输出呈开路状态，跨过这台故障太阳能电池板通过光耦继电器连接下一台太阳能电池板的DC/DC降压变换器，1000台接入DC/DC降压变换器5的太阳能电池板通过光耦继电器3串联，电压升至35kv，光耦继电器3的输出先接入断路器，断路器输出接入逆变器6将35kv直流电逆变为35kv的交流电，再并入电网前需要再接入一个断路器，断路器在电路安装、调试或检修时实现与逆变器之间隔离，直流电路功率传输中发生短路或故障时，断路器会自动跳闸，可以保护电路和太阳能电池功率传输线路。
参考图3，本发明在方案设计了一套太阳能发电站智能运行管理系统，包括监控平台、监控终端、光纤通讯网络以及运行管理系统，所述监控终端主要监控每台太阳能电池板的经、纬度移动，保持太阳能电池板垂直功率跟踪太阳光移动，监测每个太阳能电池片发电的状态，结算每片电池片输出功率，并对自己管辖内的设备定位，对被管辖的监控平台进行确认，做到上传下达，太阳能电池板的运行状态可以通过监控终端进行定期巡检与自检，当发生故障时，监控终端可以通过光纤通讯网络向监控平台及时发出报警。所述监控平台包括监控计算机、光纤通讯网络接入设备和监控软件，监控平台管辖各监控终端之间的通讯联络，定期对管辖下的监控终端进行状态的巡检和自检，接收监控终端发来的报警及运行状态信息，太阳能电池机架移动位置信息和太阳能电池片组的功率输出状态信息，监控软件是监控平台的核心软件，它在整个监控系统中的地位非常重要，作为连接监控终端和运行管理系统的枢纽，监控软件对监控终端、监控设备进行初始化配置，包括增加一个监控点、删除一个监控点、管理监控点的巡检方式和巡检周期。
监控软件根据监控终端、监控设备反馈的信息，判别太阳能电池板跟踪太阳的状态是属太阳光直射还是斜射，同时监控软件对最新获取的跟踪信息和监测点上一次保存的跟踪信息进行对比，如果太阳能电池板跟踪太阳的位置信息与设定的状态一致，则认为监控设备工作正常，如果太阳能电池板跟踪太阳位置状态不正常，则监控平台利用监控软件进行分析，是故障引起的还是太阳能电池板偏离了对太阳光直射的跟踪，监控平台将这些信息通过光纤通讯网络传递到运行管理系统，再由运行管理系统下达调整指令。
所述运行管理系统负责和监控平台进行通信联络，从监控平台获取当前被监控对象的状态信息，对所有监控设备的管理工作，都基于GIS电子地址系统提供的电子编号来实现，因此运行管理系统中需要构建一套GIS电子地址码系统，提供基本GIS电子地址图服务，运行管理系统对被监控设备的管理，需要通过数据库系统来实现，数据库存储对被控监控设备的属性信息，包括编号信息、位置信息和状态信息，用户在系统初始化时，将这些信息录入数据库，整个系统的运行都依赖于数据库中的数据支持，当被监控设备发生状态和数量变化的时候，可以根据对数据库的重新录入和重新配置，方便进行系统扩展。
参考图4所述监控平台包括监控计算机和光纤通讯网络，所述光纤通讯网络包括：光端机、电端机、光纤、中继器、光纤连接器，光端机包括光发信机和光收信机，光发信机包括光源、驱动器和调制器，其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波实现电/光转换，然后已调光波通过光纤进行传输，中继器的作用是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减，对波形失真的脉冲进行修正，光收信机包括光检测器和光放大器，其功能为将光纤传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，实现光/电转换，然后再将这微弱电信号放大到足够的大电平，送到接收端的电端机上，实现光/电转换，光纤连接器将光发信机和光收信机连接成一个光纤通讯网络。
具体地，在正常情况下，太阳照射到太阳能电池片上，机架带着太阳能电池板以毎小时移动15°的速度做经向转动，同时通过电压、电流传感器，分别测出太阳能电池片组电压、电流，由单片机分别结算出每个太阳能电池片组的功率传送给监控终端，由监控终端对监测到的信息进行处理分类，监控终端将每台太阳能电池板经向边缘两侧太阳能电池片组的输出功率之和进行对比，纬向边缘两侧太阳能电池片组的输出功率之和进行对比，由监控终端把处理意见通过电端机传送，光发送机将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波实现电/光转换，然后已调光波通过光纤进行传输，光收信机将光纤传输来的光信号经光检测器转变为电信号，实现光/电转换，然后再将这微弱电信号放大到足够大的电平，传送到接收端的电端机上，监控平台将信息汇总后传送至运行管理系统，经过运行管理系统的处理后下达命令，每台太阳能电池板纬向边缘两侧的太阳能电池片组的输出功率之和不等，则调整纬向角度，每台太阳能电池板经向边缘两侧的太阳能电池片组的输出功率之和不等，则调整经向角度，调整速度主要根据每台太阳能电池板边缘两侧太阳能电池片组输出功率之和的差值来决定，差值大则调整速度快，差值小则调整速度慢，调整完毕再对比所有太阳能电池片组输出功率是否都相等，相等则说明该太阳能电池垂直跟踪太阳。
在大风天气条件下，监控平台通过风力测试仪对风力、风向进行跟踪测试，根据风力大小及风向，监控平台通过光纤通讯网络将信息传递至运行管理系统，运行管理系统处理信息后下达命令，调整太阳能电池机架使太阳能电池板最小受风面积对准迎风方向，减少风的冲击力，使太阳能电池避免受损。在下雨天气条件下，监控平台通过测雨传感器测定雨量及风向，一旦测到实际雨量超过设定雨量，监控平台通过光纤通讯网络将信息传递至运行管理系统，调整所有太阳能电池面板旋转至雨滴降落方向，让雨水洗刷清洁板面，雨停后利用自然风风干太阳能电池板，并且具有防尘、防雪等措施，每台太阳能电池板有四组太阳能电池模组组成，位置排布分为上面两组，下面两组，不工作时，上下太阳能电池模组呈合拢状态，在工作时呈展开状态。主要目的为了防尘、防雪等，这样太阳能电池板能得到太阳能量最大照射。运行管理系统包括的两台太阳能电池板设置在密闭玻璃房内，与外界环境隔离，在早上太阳光照射到引领太阳能电池板后，引领太阳能电池板将信息直接传递给运行管理系统，运行管理系统下令到各监控平台，监控平台将信息传送至各监控终端，命令每台太阳能电池板同步展开垂直跟踪太阳。
本实施例公开的基于互联网的太阳能电池集比传统的固定式支架太阳能电池的年发电效率高，按照国家目前统一标准计算，温度在25℃、太阳光对地球照射能量为1000w/㎡。计算公式EP＝HA*PAZ*K；式中HA-为水平面太阳能年总辐射量(kw·h/㎡)；EP-为上网发电量(kw·h)；PAZ-系统安装容量(kw)；K-为有效系数；某地区年日照3000小时，晴天每天日照为12小时，EP＝1kw*5199mj*0.28*0.8＝1164.567kw，则1kw太阳能电池年输岀功率1164.567kw，固定式1kw太阳能电池板，效率是80％，晴天有四小时日照在标准情况下计算产电能4kw，除去20％的损耗应该产电能3.2kw，如果用全年365天计算，全年产电能EP＝3.2kw*365天＝1168kw，与标准计算相差不多，但是一年中不会每天都为晴天，在年日照3000小时的地方，每天日照超过12小时，以日照12小时计算年平均日照250天，所以固定支架式太阳能电池板年产电EP＝3.2*250天＝800kw，则10MW太阳能电站年发电量为8000MW。本发明所述基于互联网的太阳能电池集可12小时垂直跟踪太阳，1kw太阳能电池板在晴天每天日照为12小时即产电能12kw，去除损耗20％可得到电能9.6kw，全年产电能EP＝9.6kw*250天＝2400kw，由于能够垂直跟踪太阳，并能隔离掉不发电的太阳能电池片，多云天气出现太阳时则也有功率输出，年平均多云天气中的晴天为19天，所以全年实际发电天数为269天，因此全年产电为EP＝9.6kw*269天＝2582.4kw，则采用10MW太阳能电站年发电量为25824MW，发电效率显著提升。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种基于互联网的太阳能电池集，其特征在于，所述互联网太阳能电池集经逆变器逆变后直接并入电网，所述太阳能电池集包括多台太阳能电池板，相邻两台太阳能电池板通过光耦继电器连接在一起，每台太阳能电池板包括多组太阳能电池模组，所述太阳能电池模组包括多个太阳能电池片组，每个太阳能电池片组包括多片太阳能电池片。
2.如权利要求1所述的基于互联网的太阳能电池集，其特征在于，所述太阳能电池片多片串联为一个太阳能电池片组，每个太阳能电池片组接入DC/DC升压变换器，相邻两个DC/DC升压变换器的输出通过光耦继电器串联在一起，多个太阳能电池片组接入DC/DC升压变换器后通过光耦继电器串联构成一个太阳能电池模组。
3.如权利要求2所述的基于互联网的太阳能电池集，其特征在于，所述太阳能电池模组多组进行并联，形成一台太阳能电池板，每台太阳能电池板输出接DC/DC降压变换器，相邻两个DC/DC降压变换器通过光耦继电器串联在一起，多台接入DC/DC降压变换器的太阳能电池板串联接入逆变器，逆变器的输出可直接并入电网。
4.如权利要求1所述的基于互联网的太阳能电池集，其特征在于，所述光耦继电器有二组触点，分别为常闭触点和常开触点，正常情况下常闭触点接入输电通道，当与光耦继电器连接的器件出现故障后常闭触点跳转为常开，切断故障电池片功率输出，同时常开触点闭合，短接输电通道，保证输电通道正常运行。
5.如权利要求1-4中任一所述的基于互联网的太阳能电池集的监控系统，其特征在于，所述监控系统包括：所述监控终端、监控平台和运行管理系统，监控终端将采集的信息传送至监控平台，监控平台对信息进行汇总后传送至运行管理系统，运行管理系统做出判断并发出指令。
6.如权利要求5所述的基于互联网的太阳能电池集的监控系统，其特征在于，所述监控终端包括监控设备和嵌入式软件，所述监控设备包括监控终端接线盒，监控终端接线盒为独立的接线盒，不随太阳能电池板的支架转动，所述嵌入式软件嵌入至监控设备并通过二次写入和远程下载的方式进行更新，所述监控终端监测每片太阳能电池片组的功率输出和经、纬度移动，对输出功率进行对比后将信息传送至监控平台。
7.如权利要求5所述的基于互联网的太阳能电池集的监控系统，其特征在于，所述监控平台包括监控计算机、光纤通讯网络和监控软件，所述监控计算机通过光纤网络与监控终端之间进行通讯联系，监控软件定期对管辖下的监控终端进行状态的巡检和自检，并接收传递监控终端发来的报警信号，太阳能电池架移动位置信息和太阳能电池片组的功率输出状态信息。
8.如权利要求7所述的基于互联网的太阳能电池集的监控系统，其特征在于，所述光纤通讯网络包括：光端机、电端机、光纤、中继器、光纤连接器，光端机包括光发信机和光收信机，光发信机包括光源、驱动器和调制器，其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波实现电/光转换，然后已调光波通过光纤进行传输，中继器的作用是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减，对波形失真的脉冲进行修正，光收信机包括光检测器和光放大器，其功能为将光纤传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，实现光/电转换，然后再将这微弱电信号放大到足够大的电平，送到接收端的电端机上，光纤连接器将光发信机和光收信机连接成一个光纤通讯网络。
9.如权利要求5所述的基于互联网的太阳能电池集的监控系统，其特征在于，所述运行管理系统包括两台引领太阳能电池板、一套GIS电子地址系统和数据库系统，两台引领太阳能电池板直接与运行管理系统相连，引领太阳能电池板接收到阳光照射后将信息传递给运行管理系统，运行管理系统下达指令，全部太阳能电池板旋转至阳光垂直照射的方向，GIS电子地址系统对每片太阳能电池片和每台太阳能电池板都进行编号，每个编号对应每台设备和装置的具体位置，运行管理系统可通过编号确定故障设备和装置的具体位置，数据库系统存储被控监控设备的属性信息以及监控设备、监控终端和监控平台相互归属关系的地址编码、设备编号信息。
10.如权利要求1-4中任一所述的基于互联网的太阳能电池集的监控方法，其特征在于，所述监控方法包括：监控终端监测每台太阳能电池板中太阳能电池片的输出功率，监控终端对监测到的信息进行处理分类，将每台太阳能电池板经向边缘两侧太阳能电池片组的输出功率之和进行对比，纬向边缘两侧太阳能电池片组的输出功率之和进行对比，由监控终端把对比结果传递给监控平台，监控平台对信息汇总后传送至运行管理系统，经过运行管理系统处理后下达命令，每台太阳能电池板纬向边缘两侧太阳能电池片组输出功率之和不等，则调整太阳能电池板纬向倾斜角度，每台太阳能电池板经向边缘两侧太阳能电池片组输出功率之和不等，则调整太阳能电池板经向倾斜角度，调整速度主要根据两侧边缘太阳能电池片组输出功率的差值来决定，差值大则调整速度快，差值小则调整速度慢，调整完毕再对比太阳能电池板中所有的太阳能电池片组的输出功率是否相等，相等则说明该太阳能电池板垂直跟踪太阳。
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