CN117040444A - 一种光伏板辐照度分布的获取方法 - Google Patents

一种光伏板辐照度分布的获取方法 Download PDF

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CN117040444A CN202311000388.0A CN202311000388A CN117040444A CN 117040444 A CN117040444 A CN 117040444A CN 202311000388 A CN202311000388 A CN 202311000388A CN 117040444 A CN117040444 A CN 117040444A
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Abstract

本发明涉及一种光伏板辐照度分布的获取方法，包括：利用红外热成像获取光伏板表面的初始温度值，进而构建当前环境下辐照度值与温度变化率之间的关系曲线；在当前辐照度条件下，利用红外热成像获取第一光伏板表面的第一温度，并记录升温时间；根据第一升温时间确定第一光伏板表面从第一温度升高预设温度差值时的第一温度变化率；将第一温度变化率与关系曲线对照，得到当前辐照度值。本发明采用红外热成像仪可以对光伏板整个表面进行温度检测，通过无接触的方式获取光伏板的实时辐照度参数，不需安装光照度传感器，制造成本低，易于实现。解决了现有技术中，对于大规模的光伏组件，获取光伏板辐照度分布困难的技术问题。

Description

一种光伏板辐照度分布的获取方法
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，尤其是涉及一种光伏板辐照度分布的获取方法。
背景技术
光伏能源作为一种清洁能源，已经得到广泛和灵活的应用。光伏阵列的输出功率与其所受辐照度有着密切的关系。均匀辐照条件下光伏阵列的输出功率曲线呈现单峰值的特点。此外，在实际应用中，由于环境因素的不确定性，如云层的阴影投射等，光伏阵列往往处于非均匀辐照条件下，该情况被称为局部阴影条件。在局部阴影条件下，每块光伏板所受的辐照度不同，辐照度较低的光伏组件将会消耗整个光伏阵列的输出功率，因此光伏阵列的输出功率曲线呈现出多峰值的特点。局部阴影条件的存在使得光伏阵列的输出变得更加复杂。在光伏最大功率点跟踪技术以及光伏模型预测中，辐照度的获取十分重要，一方面作为预测模型的重要参数，另一方面作为局部阴影情况发生的判断条件。
在目前的实际应用中，辐照度参数的获取大多是通过光照度传感器获取，经由模数转换得到所测的辐照度值。但是，该方法存在局限性，适应于较小规模的光伏阵列。若想获取较大规模的光伏阵列的辐照度参数，需要的更多的光照度传感器，同样，若是为了更加精确的得到一个光伏板上的具体的辐照度情况，即光伏板中，每一个光伏组件的详细辐照度值，最优的方法是在每一个光伏组件上集成光照度传感器。两种情况，对光照度传感器的数量要求较大，并且后者将大大增加一块光伏板的制作成本。因此，需要有一种更加方便、在低成本的情况下实现大规模光伏组件辐照度参数的获取方式。
发明内容
本发明提供了一种光伏板辐照度分布的获取方法，以解决现有技术中，针对大规模的光伏组件，获取光伏板辐照度困难的技术问题。本发明通过无接触的方式获取光伏板的实时辐照度参数，不需安装光照度传感器，制造成本低，易于实现。
因此，本发明采用如下的技术方案：
第一方面，提供了一种光伏板辐照度分布的获取方法，包括：利用红外热成像获取光伏板表面的初始温度值，并记录光伏板表面在不同辐照度条件下，从初始温度值升高预设温度差值时所用的时间；根据预设温度差值，以及从初始温度值升高预设温度差值时所用的时间，确定光伏板表面在不同辐照度条件下的温度变化率，进而构建当前环境下辐照度值与温度变化率之间的关系曲线；在当前辐照度条件下，利用红外热成像获取第一光伏板表面的第一温度，并记录第一光伏板表面从第一温度升高预设温度差值时所用的第一升温时间；根据第一升温时间确定第一光伏板表面从第一温度升高预设温度差值时的第一温度变化率；将第一温度变化率与关系曲线对照，得到当前辐照度值。
在一种可能的实施方式中，利用红外热成像获取光伏板表面的初始温度值，并记录光伏板表面在不同辐照度条件下，从初始温度值升高预设温度差值时所用的时间包括：
步骤S11，在第一辐照度条件下，利用红外热成像获取光伏板表面的初始温度值；
步骤S12，记录光伏板表面从初始温度值升高预设温度差值时所用的时间；
步骤S13，重复步骤S11-S12，得到多个光伏板表面温度升高预设温度差值时所用的时间。
在一种可能的实施方式中，在步骤S13之后包括：
步骤S14，将多个光伏板表面温度升高预设温度差值时所用的时间取平均值，得到平均升温时间。
在一种可能的实施方式中，根据预设温度差值，以及从初始温度值升高预设温度差值时所用的时间，确定光伏板表面在不同辐照度条件下的温度变化率，进而构建当前环境下辐照度值与温度变化率之间的关系曲线包括：
步骤S21，将光伏板表面的温度还原为初始温度值，改变辐照度条件，在N个不同辐照度条件下重复步骤S12-S13，确定N个在不同辐照度条件下的温度变化率，其中，N为自然数；
步骤S22，将N个不同辐照度条件以及N个与其对应的的温度变化率线性拟合，构建当前环境下辐照度与温度变化率之间的关系曲线。
在一种可能的实施方式中，在N个不同辐照度条件下重复步骤S12-S13，确定N个在不同辐照度条件下的温度变化率包括：分别在N个不同的辐照度条件下，测量光伏板表面从初始温度值升高预设温度差值时所用的时间，得到N个升温时间；基于预设温度差值和N个升温时间得到N个在不同辐照度条件下的温度变化率。
在一种可能的实施方式中，根据第一升温时间确定第一光伏板表面从第一温度升高预设温度差值时的第一温度变化率包括：基于预设温度差值和第一升温时间，得到在当前辐照度条件下的第一温度变化率。
在一种可能的实施方式中，当前辐照度根据如下公式计算：
式中，S为当前辐照度，c为热容，m为质量，ΔT为预设温度差值，A为光伏板的光照面积，P为功率，t为升温时间。
第二方面，还提供了一种光伏板辐照度分布的获取方法，包括：利用红外热成像获取光伏板表面的初始温度值，并预设升温时间，记录在预设升温时间后，光伏板表面的最终温度值；根据预设升温时间、以及初始温度值和最终温度值的差值，确定光伏板表面在不同辐照度条件下的温度变化率，进而构建当前环境下辐照度值与温度变化率之间的关系曲线；在当前辐照度条件下，利用红外热成像获取第二光伏板表面的第二温度，并预设第二升温时间；根据第二升温时间、以及在第二升温时间后第二光伏板表面的温度差值，确定第二光伏板表面在第二升温时间后的第二温度变化率；将第二温度变化率与关系曲线对照，得到当前辐照度值。
本发明提供的一种一种光伏板辐照度分布的获取方法，包括：利用红外热成像获取光伏板表面的初始温度值，并记录光伏板表面在不同辐照度条件下，从初始温度值升高预设温度差值时所用的时间；根据预设温度差值，以及从初始温度值升高预设温度差值时所用的时间，确定光伏板表面在不同辐照度条件下的温度变化率，进而构建当前环境下辐照度值与温度变化率之间的关系曲线；在当前辐照度条件下，利用红外热成像获取第一光伏板表面的第一温度，并记录第一光伏板表面从第一温度升高预设温度差值时所用的第一升温时间；根据第一升温时间确定第一光伏板表面从第一温度升高预设温度差值时的第一温度变化率；将第一温度变化率与关系曲线对照，得到当前辐照度值。解决了现有技术中，对于大规模的光伏组件，获取光伏板辐照度困难的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种光伏板辐照度分布的获取方法流程示意图；
图2为本发明实施例中一种当前环境下辐照度值与温度变化率之间的关系曲线图；
图3为本发明实施例中的一种测试装置示意图；
图4为本发明实施例中另一种光伏板辐照度分布的获取方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的上述以及其他特征和优点更加清楚，下面结合附图进一步描述本发明。应当理解，本文给出的具体实施例是出于向本领域技术人员解释的目的，仅是示例性的，而非限制性的。
在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员来说将明显的是，不需要采用具体细节来实践本发明。在其他情况下，未详细描述众所周知的步骤或操作，以避免模糊本发明。
目前辐照度参数的获取大多是通过光照度传感器获取，经由模数转换得到所测的辐照度值。但是，该方法存在局限性，适应于较小规模的光伏阵列。若想获取较大规模的光伏阵列的辐照度参数，需要的更多的光照度传感器，同样，若是为了更加精确的得到一个光伏板上的具体的辐照度情况，即光伏板中，每一个光伏组件的详细辐照度值，最优的方法是在每一个光伏组件上集成光照度传感器。两种情况，对光照度传感器的数量要求较大，并且后者将大大增加一块光伏板的制作成本。
因此，本发明提供了一种光伏板辐照度分布的获取方法，如图1-3所示，包括：
步骤S1，利用红外热成像获取光伏板表面的初始温度值，并记录光伏板表面在不同辐照度条件下，从初始温度值升高预设温度差值时所用的时间。
在本实施例中，可以利用红外热成像仪获取光伏板表面的初始温度值，初始温度值为采用红外热成像仪第一次采集到的光伏板表面的温度值，具体步骤包括：
步骤S11，在第一辐照度条件下，利用红外热成像获取光伏板表面的初始温度值。
步骤S12，记录光伏板表面从初始温度值升高预设温度差值时所用的时间。
预设温差值可以根据情况进行预先设置，在一个具体的实施例中，可以将预设温差值设置为1℃，也可以设置其他温差值，本申请不做具体限定。
步骤S13，重复步骤S11-S12，得到多个光伏板表面温度升高预设温度差值时所用的时间。
步骤S14，将多个光伏板表面温度升高预设温度差值时所用的时间取平均值，得到平均升温时间。
具体的，为减小测量误差，需要使用红外热成像仪对同一块光伏板至少测量两次，取平均值，得到平均升温时间。
步骤S2，根据预设温度差值，以及从初始温度值升高预设温度差值时所用的时间，确定光伏板表面在不同辐照度条件下的温度变化率，进而构建当前环境下辐照度值与温度变化率之间的关系曲线。
具体的，在本实施例中可以包括如下步骤：
步骤S21，将光伏板表面的温度还原为初始温度值，改变辐照度条件，在N个不同辐照度条件下重复步骤S12-S13，确定N个在不同辐照度条件下的温度变化率，其中，N为自然数。
具体的，在本步骤中，可以分别在N个不同的辐照度条件下，使用红外热成像仪测量光伏板表面从初始温度值升高预设温度差值时所用的时间，得到N个升温时间。再基于预设温度差值和N个升温时间得到N个在不同辐照度条件下的温度变化率。
温度变化率采用公式计算，式中，ΔT为预设温度差值，t为升温时间。
步骤S22，将N个不同辐照度条件以及N个与其对应的的温度变化率线性拟合，构建当前环境下辐照度与温度变化率之间的关系曲线。
步骤S3，在当前辐照度条件下，利用红外热成像获取第一光伏板表面的第一温度，并记录第一光伏板表面从第一温度升高预设温度差值时所用的第一升温时间。
本步骤使用红外热成像仪获取第一光伏板表面的温度，具体获取方法如上文所述，在此不再赘述。
步骤S4，根据第一升温时间确定第一光伏板表面从第一温度升高预设温度差值时的第一温度变化率。
基于预设温度差值和第一升温时间，得到在当前辐照度条件下的第一温度变化率。
步骤S5，将第一温度变化率与关系曲线对照，得到当前辐照度值。
当前辐照度根据如下公式计算：
式中，S为当前辐照度，c为热容，m为质量，ΔT为预设温度差值，A为光伏板的光照面积，P为功率，t为升温时间。
本发明采用恒定的预设温度差值来测量光伏板的温度变化时间，通过在多个恒定的温度差值内测得的升温时间确定辐照度关系曲线。通过相同的测量方法获取某一光伏板的温度变化率，将某一光伏板的温度变化率与关系曲线对照，得到当前辐照度。
需要说明的是，采用红外热成像仪可以对光伏板整个表面进行温度检测，因此，获取光伏板整个表面各个点的温度值均可以作为初始温度值。根据光伏板上各个点的温度变化率可以得到光伏板上各个点的辐照度，即得到光伏板表面的辐照度分布情况。
图3为本发明实施例中的一种测试装置示意图，图3中表格明确的示出了光伏板表面的各个点的辐照度与预设升温时间的对应关系。
本发明提供了一种光伏板辐照度分布的获取方法，通过无接触的方式获取光伏板的实时辐照度参数，不需安装光照度传感器，制造成本低，易于实现。解决了现有技术中，对于大规模的光伏组件，获取光伏板辐照度困难的技术问题。
在一种具体实施例中，所采用的光伏板参数分别为短路电流Isc＝1.16A,开路电压Uoc＝22.18V,最大功率点电流Im＝1.08A,最大功率点电压Um＝18.50V。红外热成像仪型号为InfiRay C210Pro。辐照度测量仪器为Fluke IRR1-SOL。环境温度为10摄氏度。
本方法，分以下步骤：
步骤1：利用红外热成像获取当前光伏板的温度值为10摄氏度。
步骤2：利用辐照度测量仪，测得当前辐照度为700W/m2。
步骤3：利用红外热成像观察当前光伏板的温度值上升至11摄氏度后记录所需时间41s。
步骤4：根据两次测温结果，以及照射时间，获取该光伏板在当前辐照度条件下，温度的变化率为1/41℃/s。
步骤4：将光伏板表面温度还原至初始测量温度10摄氏度，改变辐照度至723W/m2，重复步骤3，得到温度的变化率1/40℃/s。
步骤5：通过多次测量，记录辐照度与温度变化率，得到辐照度与温度变化率的关系，由此确定所用光伏板表面在当前环境下温度变化率与辐照度之间的关系曲线。
步骤6：利用红外热成像获取光伏板表面温度初始值。
步骤7：再次利用红外热成像获取光伏板表面温度上升1摄氏度并记录所需时间56s
步骤8：根据步骤6和步骤7得到温度变化率1/56℃/s。
步骤9：根据温度变化率以及步骤5中确定的温度变化率与辐照度之间的关系，得到当前的辐照度值为385.97W/m2。
结果显示：
本发明获取辐照度值S的方法是基于比热容的概念建立辐照度与温度之间的关系，具体计算式如下所示：
Q＝cmΔT 式1
其中，Q表示被吸收的热量，c表示比热容，m表示质量，ΔT表示温差。
在光伏电池工作的过程中，基于能量守恒定律忽略光能及其他可能的损耗，光能最终转化成热能和电能，有公式：
S·A·t＝Q+Pt 式2
其中，S表示辐照度，A表示光伏电池的光照面积，P表示功率，t表示光照时间。
将式1与式2合并，有公式：
通过理论分析，辐照度与温度变化率是线性关系，因此采用线性拟合，得到的拟合结果为其R2＝0.8535。由此确定所用光伏板的所受辐照度与温度变化率之间的关系。通过该结果，利用红外热成像进行非接触式温度获取，可以实现大规模的光伏阵列的辐照度参数获取。
在另一方面，本申请还提供了一种光伏板辐照度分布的获取方法，如图4所示，包括：
步骤S401，利用红外热成像获取光伏板表面的初始温度值，并预设升温时间，记录在预设升温时间后，光伏板表面的最终温度值；
步骤S402，根据预设升温时间、以及初始温度值和最终温度值的差值，确定光伏板表面在不同辐照度条件下的温度变化率，进而构建当前环境下辐照度值与温度变化率之间的关系曲线；
步骤S403，在当前辐照度条件下，利用红外热成像获取第二光伏板表面的第二温度，并预设第二升温时间；
步骤S404，根据第二升温时间、以及在第二升温时间后第二光伏板表面的温度差值，确定第二光伏板表面在第二升温时间后的第二温度变化率；
步骤S405，将第二温度变化率与关系曲线对照，得到当前辐照度值。
本实施例采用恒定的预设升温时间来测量光伏板的温度变化值，通过在多个恒定的升温时间内测得的温度差值确定辐照度关系曲线。通过相同的测量方法获取某一光伏板的温度变化率，将某一光伏板的温度变化率与关系曲线对照，得到当前辐照度。
应理解，本文中前述关于本发明的方法所描述的具体特征、操作和细节也可类似地应用于本发明的装置和系统，或者，反之亦然。另外，上文描述的本发明的方法的每个步骤可由本发明的装置或系统的相应部件或单元执行。
应理解，本发明的装置的各个模块/单元可全部或部分地通过软件、硬件、固件或其组合来实现。所述各模块/单元各自可以硬件或固件形式内嵌于计算机设备的处理器中或独立于所述处理器，也可以软件形式存储于计算机设备的存储器中以供处理器调用来执行所述各模块/单元的操作。所述各模块/单元各自可以实现为独立的部件或模块，或者两个或更多个模块/单元可实现为单个部件或模块。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，其包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可由处理器执行的计算机指令，所述计算机指令在由所述处理器执行时指示所述处理器执行本发明的方法的各步骤。该计算机设备可以广义地为服务器、终端，或任何其他具有必要的计算和/或处理能力的电子设备。在一个实施例中，该计算机设备可包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、通信接口等。该计算机设备的处理器可用于提供必要的计算、处理和/或控制能力。该计算机设备的存储器可包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质中或上可存储有操作系统、计算机程序等。该内存储器可为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口和通信接口可用于与外部的设备通过网络连接和通信。该计算机程序被处理器执行时执行本发明的用于电池充电的方法的步骤。
本发明可以实现为一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在由处理器执行时导致本发明的方法的步骤被执行。在一个实施例中，所述计算机程序被分布在网络耦合的多个计算机设备或处理器上，以使得所述计算机程序由一个或多个计算机设备或处理器以分布式方式存储、访问和执行。单个方法步骤/操作，或者两个或更多个方法步骤/操作，可以由单个计算机设备或处理器或由两个或更多个计算机设备或处理器执行。一个或多个方法步骤/操作可以由一个或多个计算机设备或处理器执行，并且一个或多个其他方法步骤/操作可以由一个或多个其他计算机设备或处理器执行。一个或多个计算机设备或处理器可以执行单个方法步骤/操作，或执行两个或更多个方法步骤/操作。
本领域普通技术人员可以理解，本发明的方法步骤可以通过计算机程序来指示相关的硬件如计算机设备或处理器完成，所述的计算机程序可存储于非暂时性计算机可读存储介质中，该计算机程序被执行时导致本发明的步骤被执行。根据情况，本文中对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器的示例包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘等。易失性存储器的示例包括随机存取存储器(RAM)、外部高速缓冲存储器等。
以上描述的各技术特征可以任意地组合。尽管未对这些技术特征的所有可能组合进行描述，但这些技术特征的任何组合都应当被认为由本说明书涵盖，只要这样的组合不存在矛盾。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种光伏板辐照度分布的获取方法，其特征在于，包括：
利用红外热成像获取光伏板表面的初始温度值，并记录所述光伏板表面在不同辐照度条件下，从所述初始温度值升高预设温度差值时所用的时间；
根据所述预设温度差值，以及从所述初始温度值升高预设温度差值时所用的时间，确定所述光伏板表面在不同辐照度条件下的温度变化率，进而构建当前环境下辐照度值与温度变化率之间的关系曲线；
在当前辐照度条件下，利用红外热成像获取第一光伏板表面的第一温度，并记录所述第一光伏板表面从所述第一温度升高所述预设温度差值时所用的第一升温时间；
根据所述第一升温时间确定所述第一光伏板表面从所述第一温度升高所述预设温度差值时的第一温度变化率；
将所述第一温度变化率与所述关系曲线对照，得到所述当前辐照度值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用红外热成像获取光伏板表面的初始温度值，并记录所述光伏板表面在不同辐照度条件下，从所述初始温度值升高预设温度差值时所用的时间包括：
步骤S11，在第一辐照度条件下，利用红外热成像获取光伏板表面的初始温度值；
步骤S12，记录所述光伏板表面从所述初始温度值升高预设温度差值时所用的时间；
步骤S13，重复步骤S11-S12，得到多个所述光伏板表面温度升高预设温度差值时所用的时间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤S13，重复步骤S11-S12，得到多个所述光伏板表面温度升高预设温度差值时所用的时间之后包括：
步骤S14，将多个所述光伏板表面温度升高预设温度差值时所用的时间取平均值，得到平均升温时间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述预设温度差值，以及从所述初始温度值升高预设温度差值时所用的时间，确定所述光伏板表面在不同辐照度条件下的温度变化率，进而构建当前环境下辐照度值与温度变化率之间的关系曲线包括：
步骤S21，将所述光伏板表面的温度还原为所述初始温度值，改变辐照度条件，在N个不同辐照度条件下重复步骤S12-S13，确定N个在不同辐照度条件下的温度变化率，其中，N为自然数；
步骤S22，将N个不同辐照度条件以及N个与其对应的的温度变化率线性拟合，构建当前环境下辐照度与温度变化率之间的关系曲线。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在N个不同辐照度条件下重复步骤S12-S13，确定N个在不同辐照度条件下的温度变化率包括：
分别在N个不同的辐照度条件下，测量所述光伏板表面从所述初始温度值升高预设温度差值时所用的时间，得到N个升温时间；
基于所述预设温度差值和所述N个升温时间得到N个在不同辐照度条件下的温度变化率。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一升温时间确定所述第一光伏板表面从所述第一温度升高所述预设温度差值时的第一温度变化率包括：
基于所述预设温度差值和所述第一升温时间，得到在所述当前辐照度条件下的第一温度变化率。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当前辐照度根据如下公式计算：
式中，S为当前辐照度，c为热容，m为质量，ΔT为预设温度差值，A为光伏板的光照面积，P为功率，t为升温时间。
8.一种光伏板辐照度分布的获取方法，其特征在于，包括：
利用红外热成像获取光伏板表面的初始温度值，并预设升温时间，记录在所述预设升温时间后，所述光伏板表面的最终温度值；
根据所述预设升温时间、以及所述初始温度值和所述最终温度值的差值，确定所述光伏板表面在不同辐照度条件下的温度变化率，进而构建当前环境下辐照度值与温度变化率之间的关系曲线；
在当前辐照度条件下，利用红外热成像获取第二光伏板表面的第二温度，并预设第二升温时间；
根据所述第二升温时间、以及在所述第二升温时间后第二光伏板表面的温度差值，确定所述第二光伏板表面在所述第二升温时间后的第二温度变化率；
将所述第二温度变化率与所述关系曲线对照，得到所述当前辐照度值。
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