CN107959475A - 一种光伏组件户外测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光伏组件户外测试系统及方法，包括：光伏组件通过与其对应的IV在线测试仪与光伏组件对应的微型逆变器连接光伏组件对应的微型逆变器和光伏组件对应的电能计量装置连接；气象数据采集装置与第一规约转换器连接；光伏组件对应的可调支架控制器与第二规约转换器连接；光伏组件对应的电能计量装置与第三规约转换器连接；交换机分别与第一规约转换器、第二规约转换器、第三规约转换器连接；交换机与上位测试机连接；电能计量装置依次连接交流汇流箱和电网；实现光伏组件户外性能长期监测，测试数据自动获取，包括组件表面温度、组件I‑V特性、辐照度以及累计发电量等，实现组件发电状态的长期可靠性在线测试。

Description

一种光伏组件户外测试系统及方法

技术领域

本发明涉及光伏测试领域，具体涉及一种光伏组件户外测试系统及方法。

背景技术

在我国光伏产业迅猛发展的同时，可以看出我国不但已经成为光伏生产大国，也即将成为光伏消费大国。但是随着各类光伏产品使用年限延长，光伏装机容量逐步增大，各类问题已暴露出来。主要包括：光伏组件生产质量缺乏保证、电性能一致性差、功率衰减严重等；光伏组件实际性能表现存在较大差距，在实际工况下，实际辐照度、风雪、雷电、冰雹、沙尘、高温、高湿、盐雾、紫外辐射、昼夜温差交变等真实复合气象环境与STC区别较大；受以上环境因素影响，实验室的测试数据不能如实反应实际环境下的性能等问题。

因此，国内外已经建设了一批户外光伏产品性能及可靠性测试场，通过对各类太阳能电池组件、BOS部件以及整个光伏发电系统开展性能及可靠性长期户外测试，积累大量原始数据，通过研究影响因子和建立失效模型，有力的支撑了本国光伏发电技术进步、产业发展及新产品推广应用。但是已有的测试平台通常具有以下缺点：

在测试环境上组件为离网测试，常为暴晒模式，不能模拟组件正常工作状态；因此将结果用于组件长期耐久性测试时，不够客观准确；

而工作平台自动化程度不高；需要定期定时人工测试，在长期测试时认为引入误差大；

多类型多块组件测试时不具备同步条件，测试结果的对比误差较大；

测试时通常采用离线便携式工具，数据采集精度一般；

组件支架对不同组件的兼容性一般，对组件安装后的散热造成影响。

发明内容

本发明提供一种光伏组件户外测试系统及方法，其目的是实现光伏组件户外性能长期监测，测试数据自动获取，包括组件表面温度、组件I‐V特性、辐照度以及累计发电量等，实现组件发电状态的长期可靠性在线测试。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种光伏组件户外测试系统，其改进之处在于，包括：气象数据采集装置、第一规约转换器、交换机、第二规约转换器、第三规约转换器、上位测试机，以及与被测光伏组件对应的可调支架控制器、IV在线测试仪、微型逆变器和电能计量装置；

所述与被测光伏组件对应的IV在线测试仪和所述与被测光伏组件对应的微型逆变器连接

所述与被测光伏组件对应的微型逆变器和所述与被测光伏组件对应的电能计量装置连接；

所述气象数据采集装置与第一规约转换器连接；

所述光伏组件对应的可调支架控制器与所述第二规约转换器连接；

所述光伏组件对应的电能计量装置与所述第三规约转换器连接；

所述交换机分别与所述第一规约转换器、第二规约转换器、第三规约转换器连接；

所述交换机与所述上位测试机连接；

所述气象数据采集装置，用于采集气象数据并将所述气象数据通过第一规约转换器和交换机发送至所述上位测试机；

所述与被测光伏组件对应的可调支架控制器，用于调节所述光伏组件的辐照角度，并将调节后所述光伏组件的辐照角度参数通过第二规约转换器和交换机发送至所述上位测试机；

所述与被测光伏组件对应的IV在线测试仪，用于获取光伏组件表面温度信号和电子负载信号，并将所述光伏组件表面温度信号和电子负载信号通过第三规约转换器和交换机发送至所述上位测试机；

所述与被测光伏组件对应的电能计量装置，用于获取所述光伏组件的发电量数据，并将该发电量数据通过第三规约转换器和交换机发送至所述上位测试机；

所述与被测光伏组件对应的微型逆变器，用于将所述光伏组件产生的电能并入电网。

优选的，所述光伏组件对应的IV在线测试仪包括：第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第一开关、第二开关、电流计量器、电压计量器和电子负载器；

所述第一端口、第一开关和第二端口依次连接；

所述第三端口、电流计量装置和所述第四端口连接；

所述第一端口、第二开关、电子负载器和第四端口依次连接；

所述电压计量器与所述电子负载器并联连接在所述第二开关与所述第四端口之间。

优选的，所述光伏组件通过与其对应的IV在线测试仪与所述光伏组件对应的微型逆变器连接，包括：

所述光伏组件的一端与所述第一端口连接，另一端与所述第三端口连接；

所述微型逆变器的一端与所述第二端口连接，另一端与所述第四端口连接。

进一步的，所述光伏组件对应的IV在线测试仪用于：

所述光伏组件处于发电状态期间，闭合所述第一开关并断开所述第二开关，所述光伏组件处于测试期间，闭合所述第二开关，断开所述第一开关。

优选的，所述第一规约转换器、第二规约转换器、第三规约转换器均用于将其自身接收的信号进行协议转换，封装成TCP/IP协议，并经所述交换机将封装成TCP/IP协议的信号上传至所述上位测试机。

优选的，所述光伏组件对应的IV在线测试仪至少包括一个用于测量光伏组件表面温度信号的温度探头。

优选的，所述系统还包括：交流汇流箱，所述电能计量装置依次连接所述交流汇流箱和电网。

一种光伏组件户外测试方法，其改进之处在于，所述方法包括：

上位测试机分别向所述光伏组件对应的IV在线测试仪、所述光伏组件对应的电能计量装置、所述光伏组件对应的微型逆变器及气象数据采集装置发送测试命令；

所述光伏组件对应的IV在线测试仪接收到所述测试命令后，闭合所述光伏组件对应的IV在线测试仪的第二开关，断开所述光伏组件对应的IV在线测试仪的第一开关，并将所述光伏组件对应的IV在线测试仪中电流计量器和电压计量器采集所述光伏组件对应的IV在线测试仪的电子负载的电子负载信号通过第三规约转换器和交换机发送至所述上位测试机；

所述光伏组件对应的电能计量装置接收到所述测试命令后，获取所述光伏组件的发电量数据，并将该发电量数据通过第三规约转换器和交换机发送至所述上位测试机；

所述光伏组件对应的微型逆变器接收到所述测试命令后，将调节后所述光伏组件的辐照角度参数通过第二规约转换器和交换机发送至所述上位测试机

所述气象数据采集装置接收到所述测试命令后，采集气象数据并将所述气象数据通过第一规约转换器和交换机发送至所述上位测试机。

本发明的有益效果：

本发明提供的技术方案，每块组件配置一个IV曲线测试仪和一个微型逆变器，IV在线测试仪在近组件位置安装，在线测试仪的测试数据可以通过网线、光纤或者无线传输至交换机，当系统包含组件容量较多时，可采取多通道模式或者在现地配置交换机，将信号进行现地汇总，系统配置上位测试机对信号进行搜集处理，并通过同步信号下发设备控制指令，进行测试时间、测试状态、测试功能的设置，而现有技术中，在测试环境上组件为离网测试，将结果用于组件长期耐久性测试时不够客观准确，因此，与现有技术相比本发明提供的在线模式更加精确；

另外现有技术中采用多块组件串联使用一个逆变器并网并进行组件性能测试，组件在串联状态下，工作点可能会受其他组件影响而偏离最大功率点，测得的组件特性并不准确；也无法从长期发电量来对比组件发电性能；本申请采用微型逆变器，可以分别对比不同组件的发电量，对比不同角度的发电量，测试结果更为准确，数据更为丰富；

因此，本发明提供的技术方案，能够完全自动化测试、采集与分析光伏组件的在线数据，多块组件同步测量、不同角度同步对比，测试精度和效率均有提高。

附图说明

图1是本发明一种光伏组件户外测试系统的结构示意图；

图2是本发明一种光伏组件户外测试系统中IV在线测试仪的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种光伏组件户外测试系统，包括：所述系统包括：气象数据采集装置、第一规约转换器、交换机、第二规约转换器、第三规约转换器、上位测试机，以及与被测光伏组件对应的可调支架控制器、IV在线测试仪、微型逆变器和电能计量装置；

所述与被测光伏组件对应的IV在线测试仪和所述与被测光伏组件对应的微型逆变器连接

所述与被测光伏组件对应的微型逆变器和所述与被测光伏组件对应的电能计量装置连接；

所述气象数据采集装置与第一规约转换器连接；

所述光伏组件对应的可调支架控制器与所述第二规约转换器连接；

所述光伏组件对应的电能计量装置与所述第三规约转换器连接；

所述交换机分别与所述第一规约转换器、第二规约转换器、第三规约转换器连接；

所述交换机与所述上位测试机连接；

所述气象数据采集装置，用于采集气象数据并将所述气象数据通过第一规约转换器和交换机发送至所述上位测试机；

所述与被测光伏组件对应的可调支架控制器，用于调节所述光伏组件的辐照角度，并将调节后所述光伏组件的辐照角度参数通过第二规约转换器和交换机发送至所述上位测试机；

所述与被测光伏组件对应的IV在线测试仪，用于获取光伏组件表面温度信号和电子负载信号，并将所述光伏组件表面温度信号和电子负载信号通过第三规约转换器和交换机发送至所述上位测试机；

所述与被测光伏组件对应的电能计量装置，用于获取所述光伏组件的发电量数据，并将该发电量数据通过第三规约转换器和交换机发送至所述上位测试机；

所述与被测光伏组件对应的微型逆变器，用于将所述光伏组件产生的电能并入电网。

所述系统还包括：交流汇流箱，所述电能计量装置依次连接所述交流汇流箱和电网。

例如，如图1所示，图1中标出平台的IV在线测试仪输出信号包括光伏组件表面温度信号和电子负载信号(采集组件实时电压、电流)；组件配置的逆变器用于正常并网状态时发电，同样通过485、以太网已经光纤等方式将逆变器工作信号上传至平台；每个组件、逆变器配置电能量采集器，即电量表，电量表用于计量单个组件的发电量，用于后期分析比较；测试单元的信号传递进入监测室的数据采集系统。数据采集系统包括规约转换器、交换机、上位机、数据服务器以及测试分析服务器。

规约转换器接受来自组件测试仪的测试信号，将不同通信规约的数据进行转换并接入数据采集交换机；交换机汇总各路信号并传入数据服务器；数据服务器用于存储长期的测试数据；分析测试服务器及工控机具备对测试设备的远程控制和数据的分析功能，分析功能包括组件参数的提取、多组件测试数据归类、对比、趋势分析、离群数据筛选及数据清洗等。

每块组件配置一个IV曲线测试仪，在近组件位置安装。IV曲线测试仪的测试数据包括组件的实时电压、电流、背板温度等；可以通过网线、光纤或者无线传输至交换机。当平台包含组件容量较多时，可采取多通道模式或者在现地配置交换机，将不同信号进行协议转换，封装成TCP/IP协议，经现地交换机上传到系统上位机。系统配置上位机对信号进行搜集处理，并通过同步信号下发设备控制指令，进行测试时间、测试状态、测试功能的设置。

具体的，所述光伏组件对应的IV在线测试仪，如图2所示，包括：第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第一开关、第二开关、电流计量器、电压计量器和电子负载器；

所述第一端口、第一开关和第二端口依次连接；

所述第三端口、电流计量装置和所述第四端口连接；

所述第一端口、第二开关、电子负载器和第四端口依次连接；

所述电压计量器与所述电子负载器并联连接在所述第二开关与所述第四端口之间。

优选的，所述光伏组件通过与其对应的IV在线测试仪与所述光伏组件对应的微型逆变器连接，包括：

所述光伏组件的一端与所述第一端口连接，另一端与所述第三端口连接；

所述微型逆变器的一端与所述第二端口连接，另一端与所述第四端口连接。

进一步的，所述光伏组件对应的IV在线测试仪，用于：

所述光伏组件处于发电状态期间，闭合所述第一开关并断开所述第二开关，所述光伏组件处于测试期间，闭合所述第二开关，断开所述第一开关。

IV在线测试仪测试时通过内部的电力电子开关控制微型逆变器与组件的连接。发电状态下，组件与微型逆变器直接连接进行发电；在测试期间，IV在线测试仪断开组件与微型逆变器的连接开关，接入内部电子复杂，快速变化电子负载阻值扫描组件IV输出曲线并记录电压电流值，扫描时间为ms级别；同时微型逆变器可以用电容存储的电能继续工作。测试仪的测试周期可以通过上位机直接设置。

为测试组件的衰减特性，户外测试系统必须可长期、可靠的运行并积累上述大量测试数据。基于长期大量测试数据，可提高将组件实测数据推算至标准条件的精度，精确分析出组件的衰减特性，并分析组件衰减与各环境、运行条件的相关性。

优选的，所述第一规约转换器、第二规约转换器、第三规约转换器均用于将其自身接收的信号进行协议转换，封装成TCP/IP协议，并经所述交换机将封装成TCP/IP协议的信号上传至所述上位测试机。

所述光伏组件对应的IV在线测试仪至少包括一个用于测量光伏组件表面温度信号的温度探头。

一种光伏组件户外测试方法，所述方法包括：

上位测试机分别向所述光伏组件对应的IV在线测试仪、所述光伏组件对应的电能计量装置、所述光伏组件对应的微型逆变器及气象数据采集装置发送测试命令；

所述光伏组件对应的IV在线测试仪接收到所述测试命令后，闭合所述光伏组件对应的IV在线测试仪的第二开关，断开所述光伏组件对应的IV在线测试仪的第一开关，并将所述光伏组件对应的IV在线测试仪中电流计量器和电压计量器采集所述光伏组件对应的IV在线测试仪的电子负载的电子负载信号通过第三规约转换器和交换机发送至所述上位测试机；

所述光伏组件对应的电能计量装置接收到所述测试命令后，获取所述光伏组件的发电量数据，并将该发电量数据通过第三规约转换器和交换机发送至所述上位测试机；

所述光伏组件对应的微型逆变器接收到所述测试命令后，将调节后所述光伏组件的辐照角度参数通过第二规约转换器和交换机发送至所述上位测试机

所述气象数据采集装置接收到所述测试命令后，采集气象数据并将所述气象数据通过第一规约转换器和交换机发送至所述上位测试机。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光伏组件户外测试系统，其特征在于，所述系统包括：气象数据采集装置、第一规约转换器、交换机、第二规约转换器、第三规约转换器、上位测试机，以及与被测光伏组件对应的可调支架控制器、IV在线测试仪、微型逆变器和电能计量装置；

所述与被测光伏组件对应的IV在线测试仪和所述与被测光伏组件对应的微型逆变器连接

所述与被测光伏组件对应的微型逆变器和所述与被测光伏组件对应的电能计量装置连接；

所述气象数据采集装置与第一规约转换器连接；

所述光伏组件对应的可调支架控制器与所述第二规约转换器连接；

所述光伏组件对应的电能计量装置与所述第三规约转换器连接；

所述交换机分别与所述第一规约转换器、第二规约转换器、第三规约转换器连接；

所述交换机与所述上位测试机连接；

所述气象数据采集装置，用于采集气象数据并将所述气象数据通过第一规约转换器和交换机发送至所述上位测试机；

所述与被测光伏组件对应的可调支架控制器，用于调节所述光伏组件的辐照角度，并将调节后所述光伏组件的辐照角度参数通过第二规约转换器和交换机发送至所述上位测试机；

所述与被测光伏组件对应的IV在线测试仪，用于获取光伏组件表面温度信号和电子负载信号，并将所述光伏组件表面温度信号和电子负载信号通过第三规约转换器和交换机发送至所述上位测试机；

所述与被测光伏组件对应的电能计量装置，用于获取所述光伏组件的发电量数据，并将该发电量数据通过第三规约转换器和交换机发送至所述上位测试机；

所述与被测光伏组件对应的微型逆变器，用于将所述光伏组件产生的电能并入电网。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光伏组件对应的IV在线测试仪包括：第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第一开关、第二开关、电流计量器、电压计量器和电子负载器；

所述第一端口、第一开关和第二端口依次连接；

所述第三端口、电流计量装置和所述第四端口连接；

所述第一端口、第二开关、电子负载器和第四端口依次连接；

所述电压计量器与所述电子负载器并联连接在所述第二开关与所述第四端口之间。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光伏组件通过与其对应的IV在线测试仪与所述光伏组件对应的微型逆变器连接，包括：

所述光伏组件的一端与所述第一端口连接，另一端与所述第三端口连接；

所述微型逆变器的一端与所述第二端口连接，另一端与所述第四端口连接。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述光伏组件对应的IV在线测试仪用于：

所述光伏组件处于发电状态期间，闭合所述第一开关并断开所述第二开关，所述光伏组件处于测试期间，闭合所述第二开关，断开所述第一开关。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一规约转换器、第二规约转换器、第三规约转换器均用于将其自身接收的信号进行协议转换，封装成TCP/IP协议，并经所述交换机将封装成TCP/IP协议的信号上传至所述上位测试机。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光伏组件对应的IV在线测试仪至少包括一个用于测量光伏组件表面温度信号的温度探头。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：交流汇流箱，所述电能计量装置依次连接所述交流汇流箱和电网。

8.一种光伏组件户外测试方法，其特征在于，所述方法包括：

上位测试机分别向所述光伏组件对应的IV在线测试仪、所述光伏组件对应的电能计量装置、所述光伏组件对应的微型逆变器及气象数据采集装置发送测试命令；

所述光伏组件对应的IV在线测试仪接收到所述测试命令后，闭合所述光伏组件对应的IV在线测试仪的第二开关，断开所述光伏组件对应的IV在线测试仪的第一开关，并将所述光伏组件对应的IV在线测试仪中电流计量器和电压计量器采集所述光伏组件对应的IV在线测试仪的电子负载的电子负载信号通过第三规约转换器和交换机发送至所述上位测试机；

所述光伏组件对应的电能计量装置接收到所述测试命令后，获取所述光伏组件的发电量数据，并将该发电量数据通过第三规约转换器和交换机发送至所述上位测试机；

所述光伏组件对应的微型逆变器接收到所述测试命令后，将调节后所述光伏组件的辐照角度参数通过第二规约转换器和交换机发送至所述上位测试机

所述气象数据采集装置接收到所述测试命令后，采集气象数据并将所述气象数据通过第一规约转换器和交换机发送至所述上位测试机。