CN107517038A - 光伏组件监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏组件监测系统，包括：多个光伏组件；多个终端节点，所述终端节点与所述光伏组件一一对应，所述终端节点用于采集其对应的光伏组件的状态信息；协调节点，用于收集所述多个终端节点采集的所述状态信息；监控设备，用于从所述协调节点接收所述多个终端节点采集的所述状态信息，以监控所述多个光伏组件的工作状态。本发明的光伏组件监测系统，可以实现对所有光伏组件的状态信息的采集和传输，监控设备可以实时远程对光伏组件进行监控，在庞大的光伏电站中及时、准确地发现故障的光伏组件，极大的缩短了光伏电站的维护周期，节省劳动力，降低光伏电站运维成本，提高光伏电站发电量，缩短光伏电站的投资回报周期。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电相关技术领域，具体地涉及一种光伏组件智能监测系统。
背景技术
目前光伏电站是国家鼓励力度最大的绿色电力开发能源项目，且随着光伏发电的相关技术的日趋成熟，我国光伏产业规模越来越大，行业发展总体趋好。伴随着我国光伏行业的进一步发展，预计未来几年，光伏行业市场容量将呈现出逐年增长态势。据预测，到2022年我国光伏累计装机容量将达141GW。
光伏电站通常建设在较为偏远的地区且分布广占地面积大，对于光伏电站的维护和监控，传统的人工巡检的方式需要耗费大量工时，且监测效率低、维护难度大。近些年来关于光伏电站监测系统的研究越来越多，但是仅限于整个光伏组件子阵或者光伏组件组串级别的监测，对于光伏电站组件级别的监测方案较少。系统级的监测方案无法准确的找出故障光伏组件，只能监测光伏电站的总体发电量的大小，但无法分析出电量低的具体原因，光伏电站维护周期较长，故障处理速度较慢，不能显著提升光伏电站的维护效率。故对正在使用的光伏组件进行监测显得尤为必要。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种光伏组件监测系统。
为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
本发明公开了一种光伏组件监测系统，包括：
多个光伏组件；
多个终端节点，所述终端节点与所述光伏组件一一对应，所述终端节点用于采集其对应的光伏组件的状态信息；
协调节点，用于收集所述多个终端节点采集的所述状态信息；
监控设备，用于从所述协调节点接收所述多个终端节点采集的所述状态信息，以监控所述多个光伏组件的工作状态。
进一步地，所述终端节点包括第一控制芯片、信息采集设备、第一供电设备和第一输入输出设备；
所述信息采集设备用于采集对应的光伏组件的状态信息，所述第一控制芯片用于将采集的状态信息通过所述第一输入输出设备进行输出，所述第一供电设备用于对对应的光伏组件产生的电压进行降压，并将降压后的电压提供给所述第一控制芯片和所述第一输入输出设备。
进一步地，所述信息采集设备包括：电流传感器，用于采集对应的光伏组件的电流信息，并将采集到的电流信息传送到所述第一控制芯片。
进一步地，所述信息采集设备包括：温度传感器，用于采集对应的光伏组件的温度信息，并将采集到的温度信息传送到所述第一控制芯片。
进一步地，所述协调节点包括：第二控制芯片、第二供电设备和第二输入输出设备；
所述信息收集设备用于收集所述多个终端节点采集的所述状态信息，所述第二控制芯片用于将收集的状态信息通过所述第二输入输出设备进行输出，所述第二供电设备连接到所述监控设备，以对所述第二控制芯片和所述第二输入输出设备进行供电。
进一步地，所述第一控制芯片采用CC2530芯片。
进一步地，所述终端节点还包括第一存储器，所述第一存储器与所述第一控制芯片连接。
进一步地，所述第二控制芯片采用CC2530芯片。
进一步地，所述协调节点还包括第二存储器，所述第二存储器与所述第二控制芯片连接。
进一步地，所述监控设备包括显示部和故障报警部。
本发明的有益效果：本发明通过设计一个光伏组件监测系统，设计终端节点对每个光伏组件进行数据的采集和发送，汇集到协调节点，再由协调节点传送到监控设备，监控设备上汇集了所有光伏组件的实时状态信息，可以远程对光伏组件进行监控，及时发现发生故障的光伏组件。本发明的光伏组件监测系统，可以在庞大的光伏电站中及时、准确地定位发生故障的光伏组件，极大的缩短了光伏电站的维护周期，节省劳动力，降低光伏电站运维成本，提高光伏电站发电量，缩短光伏电站的投资回报周期。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
图1是根据本发明的实施例的光伏组件监测系统的结构示意图；
图2是根据本发明的实施例的光伏组件的结构示意图；
图3是根据本发明的实施例的终端节点的结构示意图；
图4是根据本发明的实施例的协调节点的结构示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。
图1是根据本发明的实施例的光伏组件监测系统的结构示意图；图2是根据本发明的实施例的终端节点的结构示意图；图3是根据本发明的实施例的协调节点的结构示意图；图4是根据本发明的实施例的监控设备的结构示意图。
参照图1，根据本发明的实施例的光伏组件监测系统包括，多个光伏组件10、多个终端节点20、协调节点30及监控设备40。应当说明的是，根据本发明的实施例的光伏组件监测系统还可以包括其它必要的部件，如还包括与光伏组件10连接的保护电路、容纳光伏组件10的背板接线盒。
具体地，光伏组件10上的保护电路由并联在光伏组件10上的二极管组成。在光伏组件10被遮蔽产生热斑效应时，并联在被遮蔽部分的光伏组件10上的二极管因受到反向的电压差导通，为整个电路提供回路，防止电能的进一步损失。
终端节点20与光伏组件10一一对应。终端节点20用于采集其对应的光伏组件10的状态信息。参照图2，作为本发明的一种实施方式，终端节点20包括第一控制芯片21、信息采集设备22、第一供电设备23和第一输入输出设备24。
具体地，信息采集设备22与第一控制芯片21连接，用于将采集到的对应的光伏组件10的状态信息传送给第一控制芯片21。作为本发明的一种实施方式，信息采集设备22包括温度传感器。温度传感器将采集对应的光伏组件10的温度信息，并将采集到的温度信息传送到第一控制芯片21。作为本发明的另一种实施方式，信息采集设备22还可以包括电流传感器。电流传感器将采集对应的光伏组件10的电流信息，并将采集到的电流信息传送到第一控制芯片21。但是本发明并不限制于此，信息采集设备22还可以根据需要，设置其它需要的设备。
具体地，第一供电设备23一端与第一控制芯片21连接，第一供电设备23的另一端与光伏组件10连接。作为本发明的一种实施方式，第一供电设备23包括与光伏组件10连接的电压采集线及对光伏组件10的电压进行降压的降压电路。具体地，电压采集线与光伏组件10连接，将光伏组件10的电压引出。电压采集线压线后通过RJ45水晶头与降压电路连接。应当说明的是，光伏组件10产生的电压通常达到200伏以上，而终端节点20正常工作所需的电压较小。所以由光伏组件10获得的电压不可直接使用。因此，降压电路将由光伏组件10处获得的电压进行降压处理，转换成终端节点20所需的工作电压。
具体地，第一输入输出设备24与第一控制芯片21连接。第一输入输出设备24用于将终端节点20的信息传送给协调节点30以及接收来自协调节点30的信息。作为本发明的一种实施方式，第一输入输出设备24包括射频天线，但本发明并不限制于此。
具体地，第一控制芯片21为终端节点20的核心组件。第一控制芯片21获取信息采集设备22传送过来的光伏组件10的状态信息，并控制第一输入输出设备24将该状态信息传送给协调节点30。
作为本发明的一种实施方式，终端节点20还包括第一存储器25。第一存储器25与第一控制芯片21连接。第一存储器25存储有光伏组件10的状态信息。当终端节点10工作发生异常时。可以从第一存储器25中获取光伏组件10的状态信息，作为故障分析的数据支持。
协调节点30接收所有终端节点20发送过来的信息。作为本发明的一种实施方式，协调节点30包括第二控制芯片31、第二供电设备32和第二输入输出设备33。
具体地，第二供电设备32的一端与第二控制芯片31连接，第二供电设备32的另一端与监控设备40连接。第二供电设备32从监控设备40处获取电压，为协调节点30的正常工作提供电力支持。作为本发明的一种实施方式，第二供电设备32通过USB接口和数据线与监控设备40连接。但是本发明并不限制于此。
具体地，第二输入输出设备33与第二控制芯片31连接。第二输入输出设备33用于接收终端节点20发送过来的信息以及发送相关信息给相应的协调节点30。作为本发明的一种实施方式，第二输入输出设备33包括射频天线，但本发明并不限制于此。
具体地，第二控制芯片31为协调节点30的核心组件。第二控制芯片31获取第二输入输出设备33传送过来的所有光伏组件10的状态信息，并且将该状态信息传给监控设备40。作为本发明的一种实施方式，第二控制芯片31通过第二供电设备32与监控设备40建立连接的USB接口和数据线将所有光伏组件10的状态信息传送给监控设备40。应当理解的是，状态信息传送给监控设备40之前，可以根据监控设备40的硬件和软件需要，设置对应的格式转换模块对传送的信息进行格式转化，但本发明并不限制于此。
作为本发明的一种实施方式，协调节点30还包括第二存储器34。第二存储器34与第二控制芯片31连接。第二存储器34存储有所有光伏组件10的状态信息。当协调节点30工作发生异常时。可以从第二存储器34中获取所有光伏组件10的状态信息，作为故障分析的数据支持。
监控设备40接收协调节点30传送的信息，并对信息进行监控。作为本发明的一种实施方式，监控设备40包括显示部41和故障报警部42。
具体地，显示部41显示所有光伏组件10的状态信息。作为本发明的一种实施方式，可以设置图像界面或者表格界面来显示所有光伏组件10的状态信息。但是本发明并不限制于此，还可以通过设置其它合适的方式，显示光伏组件10的状态信息。
具体地，故障报警部42包括比较器421和报警器422。根据一天光照时间的不同，可预先设置光伏组件10对应的正常工作时的状态信息表。并且设置相应的阈值。故障报警部42对光伏组件10的状态信息进行监控，比较器421将光伏组件10的状态信息与预设值进行实时比较。如果比较结果不在预设值的阈值范围内，比较器421将发送信息给报警器422，报警器422报警提醒监控人员。监控设备方便监控人员对所有光伏组件10进行监控，并且及时发现和定位发生故障的光伏组件10，极大地便利了光伏组件10的监控。
作为本发明的实施例的一种实施方式，多个终端节点20与协调节点30间组成了无线网络。优选地，该无线网络采用ZigBee无线通信协议进行无线通信。ZigBee是一种新型无线网络自组网络通信技术，具有延时短、网络容量较大、功耗低、成本低、有效范围大、可靠性好、网络拓扑能力强的技术特点，非常适合应用于光伏组件监测系统中。作为本发明的一种实施方式，第一控制芯片21采用CC2530芯片，第二控制芯片31采用CC2530芯片。CC2530芯片是德州仪器推出的新一代ZigBee芯片上的系统解决方案。CC2530芯片内部集成IEE802.15.4协议标准支持ZigBee协议栈，且具有频段为2.4GHz的无线射频收发器，具有极高的接收灵敏度和抗干扰性能。在本实施例中，采用CC2530芯片的第一控制芯片21可以有效地控制终端节点20采集光伏组件10的状态信息，并且可以保证数据稳定地传送到协调节点30。采用CC2530芯片的第二控制芯片31可以稳定地接收各终端节点20传送过来的各光伏组件10的状态信息。但是本发明并不限制于此，还可以其它合适的无线通信协议和控制芯片来满足光伏组件监测系统的需要。
作为本发明的实施例的一种实施方式，各相邻的终端节点20之间还可以通过连接线建立有线连接。相邻终端节点20之间可以相互传递信息。由于协调节点30接收所有终端节点20的状态信息，协调节点30需与各终端节点20分别建立连接，协调节点30的通信负担较大，容易造成网络拥堵。因此可以以若干个终端节点20作为一个单位，一个单位中的所有光伏组件10的状态信息统一集中到其中一个终端节点20，由该终端节点20将整个单元的光伏组件10的状态信息统一发送给协调节点30，以减少网络拥堵。
下面将对光伏组件监测系统的工作过程进行阐述。
在光伏组件监测系统正常工作时，各个光伏组件10上都设置有相应的终端节点20。终端节点20采集光伏组件10的状态信息，并将信息传送给协调节点30。协调节点30接收所有终端节点20的信息，通过数据线将信息传送到监控设备40。监控设备40的显示部可以看到所有光伏组件10的实时工作状态。当其中的光伏组件10工作异常，如比较器421比较结果显示电压较低，不在预设的正常电压阈值范围内。比较器421将比较结果发送给报警器422。报警器422报警提示。监控人员根据报警提示和光伏组件10的状态信息可以迅速定位发生故障的光伏组件10和相关状态信息，进行故障处理。
本发明通过设计一个光伏组件监测系统，设计终端节点对每个光伏组件进行数据的采集和发送，汇集到协调节点，再由协调节点传送到监控设备，监控设备上汇集了所有光伏组件的实时状态信息，可以远程对光伏组件进行监控，及时发现发生故障的光伏组件。本发明的光伏组件监测系统，可以在庞大的光伏电站中及时、准确地定位发生故障的光伏组件，极大的缩短了光伏电站的维护周期，节省劳动力，降低光伏电站运维成本，提高光伏电站发电量，缩短光伏电站的投资回报周期。
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。
Claims (10)
1.一种光伏组件监测系统，其特征在于，包括：
多个光伏组件；
多个终端节点，所述终端节点与所述光伏组件一一对应，所述终端节点用于采集其对应的光伏组件的状态信息；
协调节点，用于收集所述多个终端节点采集的所述状态信息；
监控设备，用于从所述协调节点接收所述多个终端节点采集的所述状态信息，以监控所述多个光伏组件的工作状态。
2.根据权利要求1所述的光伏组件监测系统，其特征在于，所述终端节点包括第一控制芯片、信息采集设备、第一供电设备和第一输入输出设备；
所述信息采集设备用于采集对应的光伏组件的状态信息，所述第一控制芯片用于将采集的状态信息通过所述第一输入输出设备进行输出，所述第一供电设备用于对对应的光伏组件产生的电压进行降压，并将降压后的电压提供给所述第一控制芯片和所述第一输入输出设备。
3.根据权利要求2所述的光伏组件监测系统，其特征在于，所述信息采集设备包括：电流传感器，用于采集对应的光伏组件的电流信息，并将采集到的电流信息传送到所述第一控制芯片。
4.根据权利要求2或3所述的光伏组件监测系统，其特征在于，所述信息采集设备包括：温度传感器，用于采集对应的光伏组件的温度信息，并将采集到的温度信息传送到所述第一控制芯片。
5.根据权利要求1所述的光伏组件监测系统，其特征在于，所述协调节点包括：第二控制芯片、第二供电设备和第二输入输出设备；
所述信息收集设备用于收集所述多个终端节点采集的所述状态信息，所述第二控制芯片用于将收集的状态信息通过所述第二输入输出设备进行输出，所述第二供电设备连接到所述监控设备，以对所述第二控制芯片和所述第二输入输出设备进行供电。
6.根据权利要求2所述的光伏组件监测系统，其特征在于，所述第一控制芯片采用CC2530芯片。
7.根据权利要求2所述的光伏组件监测系统，其特征在于，所述终端节点还包括第一存储器，所述第一存储器与所述第一控制芯片连接。
8.根据权利要求5所述的光伏组件监测系统，其特征在于，所述第二控制芯片采用CC2530芯片。
9.根据权利要求5所述的光伏组件监测系统，其特征在于，所述协调节点还包括第二存储器，所述第二存储器与所述第二控制芯片连接。
10.根据权利要求1所述的光伏组件监测系统，其特征在于，所述监控设备包括显示部和故障报警部。
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