CN116208090A - 光伏发电实证平台系统 - Google Patents

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CN116208090A CN202211542250.9A CN202211542250A CN116208090A CN 116208090 A CN116208090 A CN 116208090A CN 202211542250 A CN202211542250 A CN 202211542250A CN 116208090 A CN116208090 A CN 116208090A
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于锦涛
杜梦
喻乐蒙
周萍
吴平沙
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Abstract

本发明实施例提供一种光伏发电实证平台系统，属于光伏发电领域。所述系统包括光伏组件、采集模块、气象模块和控制平台，每一光伏组件包括多块光伏板，采集模块与对应的光伏组件电性相连，用于采集对应的光伏组件中至少一块光伏板的运行状态数据，所述运行状态数据为电流数据、电压数据和温度数据中的至少一种；气象模块用于采集光伏组件所在环境的气象数据；控制平台分别与采集模块和气象模块电性连接，用于按对应的时间点对采集的运行状态数据和气象数据进行存储及分析处理。本发明系统功能结构完整，数据采集范围全面，能够实现对于被测试光伏组件运行状态数据和气象环境数据的连续稳定监测和分析，满足实证需求。

Description

光伏发电实证平台系统
技术领域
本发明涉及光伏发电领域，具体地涉及一种光伏发电实证平台系统。
背景技术
光伏发电是国家新能源体系的关键构成之一。光伏发电系统内各环节与设备(尤其是光伏组件)的功能、质量与运行状态对于系统的整体发电效率有着决定性的影响。为评估光伏组件的品质性能，并实现对于其不同类型故障状态的信息化判定，常规会将典型的光伏组件样品安装于光伏实证系统内，进行长期的性能状态跟踪和运行数据采集、分析。现有的大型光伏实证系统存在着运行成本高、限制大，灵活性较低等问题，难以满足广泛的光伏组件样品的性能检验与科技研发需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种光伏发电实证平台系统，解决现有大型光伏实证系统存在着运行成本高、限制大，灵活性较低等问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种光伏发电实证平台系统，所述系统包括光伏组件，每一光伏组件包括多块光伏板，还包括：
采集模块，与对应的光伏组件电性相连，用于采集对应的光伏组件中至少一块光伏板的运行状态数据，所述运行状态数据为电流数据、电压数据和温度数据中的至少一种；
气象模块，用于采集光伏组件所在环境的气象数据；
控制平台，分别与采集模块和气象模块电性连接，用于按对应的时间点对采集的运行状态数据和气象数据进行存储及分析处理。
优选地，所述系统还包括：储能模块，所述储能模块分别与所述采集模块、所述光伏组件和所述控制平台电性连接，所述储能模块用于对所述光伏组件输出的电能进行存储，以及将存储的电能输出提供给采集模块。
优选地，所述储能模块包括：储能逆变器和储能电池；
所述储能逆变器的电源端通过电源线分别与储能电池、采集模块、光伏组件和控制平台电性相连，所述储能逆变器的控制端通过数据线与控制平台通信相连。
优选地，每一采集模块包括：若干组子模块和与每组子模块对应的若干温度采集器；
每组子模块与对应的光伏组件电性相连，用于采集对应的光伏组件的电流数据和电压数据；
每一温度采集器安装在对应的光伏组件上，用于实时采集对应的光伏组件的温度数据。
优选地，每组子模块包括：数据采集电路、切换开关电路和通信电路；
所述切换开关电路用于根据数据采集电路的控制指令接通或断开数据采集电路与光伏组件之间的连接；
所述数据采集电路用于采集光伏组件的电路数据和电压数据，并通过通信电路将电流数据和电压数据发送至控制平台。
优选地，所述数据采集电路包括单片机、电流采集器和电压采集器，所述电流采集器的输入端和所述电压采集器的输入端均与光伏组件电性相连；所述电流采集器的输出端和所述电压采集器的输出端均与单片机的数据引脚电性相连；所述通信电路与单片机的通信引脚电性相连。
优选地，所述切换开关电路包括第一开关、第二开关、第三开关、第一接口和第二接口；
所述第一开关的控制端、第二开关的控制端、第三开关的控制端均与单片机的控制引脚电性相连；
所述第一接口用于连接被测试的光伏组件，所述第二接口用于连接与被测试光伏组件相邻的两个未测试的光伏组件；
所述第一接口的正极分别与电流采集器的正极、电压采集器的正极、第一开关的第一端电性相连，所述第一接口的负极分别与电流采集器的负极、电压采集器的负极、第二开关的第一端电性相连；
所述第二开关的正极分别与第一开关的第二端、第三开关的第一端电性相连，所述第二开关的负极分别与第二开关的第二端、第三开关的第二端电性相连。
优选地，所述气象模块包括辐照采集器、环境温度采集器和风速风向采集器中的一种或多种。
优选地，所述光伏组件包括：若干光伏支架和若干光伏板，每块所述光伏板均可转动连接在对应的光伏支架上。
优选地，所述光伏支架包括若干块配重底座，每块所述配重底座上设有一对侧架，该对侧架之间设有安装架，所述安装架的两侧转动连接在对应的侧架上，所述光伏板安装在对应的安装架上，所述侧架上设有驱动对应的安装架旋转的电机。
本发明的有益效果如下：
1、本发明的光伏发电实证平台系统由采集模块、气象模块和控制平台构成，系统功能结构完整，数据采集范围全面，能够实现对于被测试光伏组件运行状态数据和气象环境数据的连续稳定监测和分析，满足实证需求。
2、本发明的光伏发电实证平台系统的结构紧凑，占地面积小，安装布置灵活，能够适应各类型条件下的光伏实证需求。
3、本发明可完成对多个光伏组件运行状态数据独立采集，因而实现对多块光伏组件的同时间节点状态比对和分析，实验结果准确度高、对照性强。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是本发明一种实施方式提供的光伏发电实证平台系统的结构框图；
图2是本发明一种可选实施方式提供的每组子模块的电路结构框图。
附图标记说明
1-光伏支架；2-光伏板；3-采集模块；4-储能逆变器；5-储能电池；6-气象模块；7-控制平台。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
图1是本发明一种实施例提供的光伏发电实证平台系统的结构框图，如图1所示，本发明提供一种光伏发电实证平台系统，所述系统包括光伏组件，光伏组件主要由光伏支架1和多块光伏板2构成，光伏支架1用于安装光伏板2，光伏板2之间通常采用串联的方式进行电性连接。
具体地，所述光伏组件包括：若干光伏支架1和若干光伏板2，每块所述光伏板2均可转动连接在对应的光伏支架1上。
所述光伏支架1包括若干块配重底座，每块所述配重底座上设有一对侧架，该对侧架之间设有安装架，所述安装架的两侧转动连接在对应的侧架上，所述光伏板2安装在对应的安装架上，所述侧架上设有驱动对应的安装架旋转的电机。
其中，配重底座包含若干件混凝土配重块，每件混凝土配重块内部设有金属预埋件，能够实现与侧架部分的连接，配重底座的作用是用来定位和稳固光伏组件，实现其在指定安装地点的放置。
侧架与配重底座之间采用螺栓形式固定在配重底座的金属预埋件上，侧架是由若干根镀锌C型钢材，并拼接为方形框架结构。
安装架上设有转轴，转轴的两端通过轴承安装在侧架的上沿位置，安装架的转动由电机控制；安装架由若干根镀锌C型钢材，拼接为方形框架结构，安装架以转轴为中心进行转动，并带动固定在其上方的光伏板2一起转动，可实现光伏组件受照面倾斜角度的调整；且每件光伏支架1可独立实现30°±15°范围内倾斜角度调整，支架结构支持尺寸不小于2.2m×1.1m的光伏板2的装卸与固定。
本发明的光伏支架1优点在于结构相对简易，建设成本低，运作原理简单，可靠度高。应采用混凝土配重块作为固定基座，场地适应性强，安装灵活，且不会对安装面(如屋面防水层、隔热层)造成破坏。且光伏支架1中所包含的每件光伏组件可独立调整倾斜角度，实现对于试验工况的灵活操控。
作为本实施例的进一步优化，为了实现对光伏组件发电的评估测试，该系统还包括：采集模块3、气象模块6和控制平台7；其中，采集模块3与对应的光伏组件电性相连，所述采集模块3用于采集对应的光伏组件中的至少一块光伏板2的运行状态数据，采集模块3将采集到的运行状态数据通过RS485通信方式上传到控制平台7；在本实施例中，采集模块3可以将需要测试的一块光伏板2或者多块光伏板2从光伏组件中分离出来，单独对需要测试的光伏板2进行数据采集，其他光伏板2还是串联在一起，不会影响光伏板2的正常工作，所述运行状态数据为电流数据、电压数据和温度数据中的至少一种；因此本发明可完成对多个光伏组件运行状态数据独立采集，因而实现对多块光伏组件的同时间节点状态比对和分析，实验结果准确度高、对照性强。
其中，气象模块6用于采集光伏组件所在环境的气象数据，气象数据包括辐照值、环境温度值和风速风向值中的一种或多种；在本实施例中，气象模块将采集的气象数据也通过RS485通信方式上传到控制平台7。
其中，控制平台7分别与采集模块3和气象模块6电性连接，在本实施例中，采集模块3和气象模块6均通过RS-485方式向控制平台7传输数据，采集模块3和气象模块6的数据采集时间周期由控制平台7控制，通常在10s～1000s范围内调整。
在本实施例中，控制平台7具有存储器，可以是一台PC机，控制平台7的存储器能按对应的时间点对采集到的运行状态数据和气象数据进行存储；同时，控制平台7包含数据分析功能，能按设定的计算及统计模型对所存储的运行状态数据和气象数据进行分析处理，获取获得被测试光伏组件在不同环境与条件下的发电功率数据，实现对被测试光伏组件的特征分析。
本发明的光伏发电实证平台系统由采集模块3、气象模块6和控制平台7构成，系统功能结构完整，数据采集范围全面，能够实现对于被测试光伏组件运行状态数据和气象环境数据的连续稳定监测和分析，满足实证需求。
作为本实施例的进一步优化，该系统还包括：储能模块，所述储能模块分别与所述采集模块3、所述光伏组件和所述控制平台7电性连接，所述储能模块用于对所述光伏组件输出的电能进行存储，以及将存储的电能输出提供给采集模块3。
具体地，所述储能模块包括：储能逆变器4和储能电池5；所述储能逆变器4的电源端通过电源线分别与储能电池5、采集模块3和光伏组件电性相连，所述储能逆变器4的控制端通过数据线(RS485)与控制平台7通信相连。
在本实施例中，储能模块可实现对多路电能输入及输出交/直流转化和调控的作用；其中，储能逆变器4包含直流输入端-II，被测试光伏组件由直流输出接口导出的直流电能，可经直流输入端-II导入储能逆变器4，储能逆变器4对于导入的直流电能具备最大功率点跟踪(MPPT)功能。
储能逆变器4还包含直流输出端，并与所述的储能电池5的电能输入端连接，可将电能导入储能电池5进行存储。
储能逆变器4还包含交流输入端，可与外接交流220V、50Hz电源连接；当被测试光伏组件或光伏组串无法提供电能时，可选择经由外接交流电源向所述的光伏发电实证平台系统提供电能。
储能逆变器4还包含交流输出端，可对外提供交流220V、50Hz电源，并满足所述光伏发电实证平台系统内各用电单元的正常运行，各用电单元包含采集模块3、气象模块6和控制平台7。
储能逆变器4还还具有电池管理单元，电池管理电源用于采集并控制储能电池5的运行状态信息，实现储能电池5的充电与放电的功能管理，以及将储能电池5的运行状态信息进行采集并发送到控制平台7上，以供工作人员查看了解储能电池5的工作状态。
在本实施例中，储能电池5可以采用任意类型的化学储能设备，其功率为3.5kW，储能容量为10kWh，可实现对被测试光伏组件或光伏组串所产生电能的存储，也可实现对于外接交流220V、50Hz电源所提供的电能的存储。
作为本实施例的进一步优化，所述气象模块6包括辐照采集器、环境温度采集器和风速风向采集器中的一种或多种，可以对辐照、环境温度和风速风向同时进行采集。
其中，辐照采集器可实现对所设定垂直方向或倾斜方向的环境辐照度的测量，并采集环境辐照度信号，辐照度测定范围为0W/m2～1500W/m2。
其中，环境温度采集器可实现对环境温度的测量，并采集环境温度信号，环境温度的测量范围为-50℃～80℃。
其中，风速风向采集器可实现对环境风速-风向的测量，并采集环境风速-风向信号，风速测量范围为0m/s～75m/s，风速测量范围为0°～360°。
作为本实施例的进一步优化，每一采集模块3包括：若干组子模块和与每组子模块对应的若干温度采集器；
每组子模块与对应的光伏组件电性相连，用于采集对应的光伏组件的电流数据和电压数据；
每一温度采集器安装在对应的光伏组件上，用于实时采集对应的光伏组件的温度数据，在本实施例中，温度采集器可以直接贴在被测试的光伏组件的背面上。
在本实施例中，如图2所示，每组子模块包括：数据采集电路、切换开关电路和通信电路；
所述数据采集电路用于采集光伏组件的电路数据和电压数据，并通过通信电路将电流数据和电压数据发送至控制平台7；
所述数据采集电路包括单片机、电流采集器和电压采集器；其中，单片机优选采用ADu841型号，通信电路优选采用RS485电路；
所述电流采集器的输入端和所述电压采集器的输入端均与光伏组件电性相连；所述电流采集器的输出端和所述电压采集器的输出端均与单片机的数据引脚电性相连；所述通信电路与单片机的通信引脚电性相连。
所述切换开关电路用于根据数据采集电路的控制指令接通或断开数据采集电路与光伏组件之间的连接。
所述切换开关电路包括第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第一接口和第二接口；在本实施例中，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3均可以采用继电器；
所述第一开关K1的控制端、第二开关K2的控制端、第三开关K3的控制端均与单片机的控制引脚电性相连；
所述第一接口用于连接被测试的光伏组件，所述第二接口用于连接与被测试光伏组件相邻的两个未测试的光伏组件，即在图2中，第一接口包括IN+端口和IN-端口，第二接口包括OUT+端口和OUT-端口，IN+端口连接被测试的光伏板2的正极，IN-端口连接被测试的光伏板2的负极；此时，相当于将光伏组件的多块光伏板2中的一块光伏板2分离出，单独对分离出的光伏板2进行测试；而与该块光伏板2相连的两个块光伏板2中的第一块光伏板2的正极与OUT-端口相连，第二块光伏板2的负极与OUT+相连；则测试的光伏板2独立出来后，剩余的光伏板2还是串联构成一个整体；
所述第一接口的正极分别与电流采集器的正极、电压采集器的正极、第一开关K1的第一端电性相连，所述第一接口的负极分别与电流采集器的负极、电压采集器的负极、第二开关K2的第一端电性相连；
所述第二开关K2的正极分别与第一开关K1的第二端、第三开关K3的第一端电性相连，所述第二开关K2的负极分别与第二开关K2的第二端、第三开关K3的第二端电性相连。
在未测试状态下时，单片机控制第一开关K1和第二开关K2处于闭合状态，第三开关K3处于断开状态，此时被测试的光伏板2正常串联在光伏组件的组串中。
在测试状态下时，单片机接收到控制台的测试命令后，单片机控制第一开关K1和第二开关K2处于断开状态，第三开关K3处于闭合状态，此时被测试的光伏板2从光伏组件的组串中独立出来，然后由电压采集器和电流采集器对测试的光伏板2进行电压和电流采集，采集完成后，再由单片机控制第一开关K1和第二开关K2处于闭合状态，第三开关K3处于断开状态，使被测试的光伏板2重新恢复串接到组串中。最后单片机将采集到的数据利用通信电路上传到控制台上，控制台接收电流和电压数据后进行相关处理并显示。
本发明的采集模块3的测试过程具有高效、快捷等优点，能完整采集所有被测试光伏板2的完整特性数据，且不影响被测试光伏板2正常工作，全程处于在线状态。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (10)

1.一种光伏发电实证平台系统，所述系统包括光伏组件，每一光伏组件包括多块光伏板(2)，其特征在于，还包括：
采集模块(3)，与对应的光伏组件电性相连，用于采集对应的光伏组件中的至少一块光伏板(2)的运行状态数据，所述运行状态数据为电流数据、电压数据和温度数据中的至少一种；
气象模块(6)，用于采集光伏组件所在环境的气象数据；
控制平台(7)，分别与采集模块(3)和气象模块(6)电性连接，用于按对应的时间点对采集的运行状态数据和气象数据进行存储及分析处理。
2.根据权利要求1所述的光伏发电实证平台系统，其特征在于，所述系统还包括：储能模块，所述储能模块分别与所述采集模块(3)、所述光伏组件和所述控制平台(7)电性连接，所述储能模块用于对所述光伏组件输出的电能进行存储，以及将存储的电能输出提供给采集模块(3)。
3.根据权利要求2所述的光伏发电实证平台系统，其特征在于，所述储能模块包括：储能逆变器(4)和储能电池(5)；
所述储能逆变器(4)的电源端通过电源线分别与储能电池(5)、采集模块(3)、光伏组件和控制平台(7)电性相连，所述储能逆变器(4)的控制端通过数据线与控制平台(7)通信相连。
4.根据权利要求1所述的光伏发电实证平台系统，其特征在于，每一采集模块(3)包括：若干组子模块和与每组子模块对应的若干温度采集器；
每组子模块与对应的光伏组件电性相连，用于采集对应的光伏组件的电流数据和电压数据；
每一温度采集器安装在对应的光伏组件上，用于实时采集对应的光伏组件的温度数据。
5.根据权利要求4所述的光伏发电实证平台系统，其特征在于，每组子模块包括：数据采集电路、切换开关电路和通信电路；
所述切换开关电路用于根据数据采集电路的控制指令接通或断开数据采集电路与光伏组件之间的连接；
所述数据采集电路用于采集光伏组件的电路数据和电压数据，并通过通信电路将电流数据和电压数据发送至控制平台(7)。
6.根据权利要求5所述的光伏发电实证平台系统，其特征在于，所述数据采集电路包括单片机、电流采集器和电压采集器；
所述电流采集器的输入端和所述电压采集器的输入端均与光伏组件电性相连；所述电流采集器的输出端和所述电压采集器的输出端均与单片机的数据引脚电性相连；所述通信电路与单片机的通信引脚电性相连。
7.根据权利要求6所述的光伏发电实证平台系统，其特征在于，所述切换开关电路包括第一开关、第二开关、第三开关、第一接口和第二接口；
所述第一开关的控制端、第二开关的控制端、第三开关的控制端均与单片机的控制引脚电性相连；
所述第一接口用于连接被测试的光伏组件，所述第二接口用于连接与被测试光伏组件相邻的两个未测试的光伏组件；
所述第一接口的正极分别与电流采集器的正极、电压采集器的正极、第一开关的第一端电性相连，所述第一接口的负极分别与电流采集器的负极、电压采集器的负极、第二开关的第一端电性相连；
所述第二开关的正极分别与第一开关的第二端、第三开关的第一端电性相连，所述第二开关的负极分别与第二开关的第二端、第三开关的第二端电性相连。
8.根据权利要求1所述的光伏发电实证平台系统，其特征在于，所述气象模块(6)包括辐照采集器、环境温度采集器和风速风向采集器中的一种或多种。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的光伏发电实证平台系统，其特征在于，所述光伏组件包括：若干光伏支架(1)和若干光伏板(2)，每块所述光伏板(2)均可转动连接在对应的光伏支架(1)上。
10.根据权利要求9所述的光伏发电实证平台系统，其特征在于，所述光伏支架(1)包括若干块配重底座，每块所述配重底座上设有一对侧架，该对侧架之间设有安装架，所述安装架的两侧转动连接在对应的侧架上，所述光伏板(2)安装在对应的安装架上，所述侧架上设有驱动对应的安装架旋转的电机。
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