CN203643522U - 一种测定太阳能光伏发电效率的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种测定太阳能光伏发电效率的系统，包括：多个光伏组件；光伏组件测量装置，与所述的多个光伏组件相连接；所述的网关，与所述的光伏组件测量装置相连接；与多个光伏组件、所述的光伏组件测量装置相连接的直流汇流箱；直流汇流箱测量装置，与所述的直流汇流箱相连接；与所述的直流汇流箱、直流汇流箱测量装置相连接的直流配电柜；直流配电柜测量装置，与所述的直流配电柜相连接；逆变器测量装置，与所述的逆变器相连接；环境监测仪；数据处理器，分别与所述的网关、所述的直流汇流箱测量装置、所述的直流配电柜测量装置、所述的逆变器测量装置以及所述的环境监测仪相连接。实现了实时了解整个光伏系统的运行状况，减少系统损失。

Description

一种测定太阳能光伏发电效率的系统

技术领域

本实用新型关于新能源勘探技术领域，特别是关于大规模太阳能发电的勘探技术，具体的讲是一种测定太阳能光伏发电效率的系统。

背景技术

太阳能资源具有间歇性、周期性、波动性等特点，而影响太阳能发电的因素众多。由于太阳能光伏发电系统的分布范围广，位置偏远，对设备与现场的通讯带来很大的挑战，管理人员无法及时了解发电系统的运行状态及效率，不利于测定太阳能光伏发电系统的发电总量。

太阳能光伏发电系统的效率是表征太阳能光伏电站运行性能的最终指标，因此对太阳能光伏发电效率的测定有助于电站运行维护人员了解发电系统各设备的运行状态，及时采取措施提高发电效率，减少不必要的损失。

现有技术中，测定太阳能光伏发电系统效率的技术方案是采集辐照度、组件的发电信息、获取组件效率，汇流箱效率和逆变器效率均采用经验值。

上述的测定太阳能光伏发电系统效率的技术方案存在以下技术缺陷：

（1）、未对组件效率进行分析；

（2）、未对太阳能光伏发电系统的总体效率进行分析；

（3）、无法实现远程访问并实时获取光伏发电系统效率。

实用新型内容

本实用新型提供一种测定太阳能光伏发电效率的系统，针对现有技术中存在的上述技术问题，通过设置传感器采集组件电压、电流，设置环境监测仪采集环境数据，设置直流电压表、直流电流表采集直流汇流箱输入输出端的电压、电流，设置电能表采集配电柜输出端功率和逆变器输出端功率，并通过无线的方式传输至数据处理器，最终输出太阳能光伏发电效率，进而实现了实时了解整个太阳能光伏系统的运行状况，减少了系统损失。

本实用新型的目的是，提供了一种测定太阳能光伏发电效率的系统，包括：多个光伏组件；光伏组件测量装置，与所述的多个光伏组件相连接，用于测量光伏组件的电压、电流，并将所述的电压、电流发送至网关；所述的网关，与所述的光伏组件测量装置相连接，用于接收所述的光伏组件的电压、电流；与多个光伏组件、所述的光伏组件测量装置相连接的直流汇流箱；直流汇流箱测量装置，与所述的直流汇流箱相连接，用于测量所述直流汇流箱的输入端电压、输入端电流以及输出端电压、输出端电流；与所述的直流汇流箱、直流汇流箱测量装置相连接的直流配电柜；直流配电柜测量装置，与所述的直流配电柜相连接，用于测量所述直流配电柜的输出端功率；与所述的直流配电柜相连接的逆变器；逆变器测量装置，与所述的逆变器相连接，用于测量所述逆变器的输出端功率；环境监测仪，用于测量水平面上的总辐射度、直接辐照度、散射度、环境温度、组件温度以及风速；数据处理器，分别与所述的网关、所述的直流汇流箱测量装置、所述的直流配电柜测量装置、所述的逆变器测量装置以及所述的环境监测仪相连接，用于接收所述的光伏组件的电压、电流，接收所述直流汇流箱的输入端电压、输入端电流以及输出端电压、输出端电流，接收所述直流配电柜的输出端功率、所述逆变器的输出端功率，接收水平面上的总辐射度、直接辐照度、散射度、环境温度、组件温度以及风速，并输出光伏组件的发电效率、汇流箱的传输效率、配电柜的传输效率、逆变器的转换效率以及太阳能光伏发电效率。

优选的，所述的测定太阳能光伏发电效率的系统还包括：转换装置，分别与所述的网关、所述的直流汇流箱测量装置、所述的直流配电柜测量装置、所述的逆变器测量装置、所述的环境监测仪以及所述的数据处理器相连接，转换所述光伏组件的电压、电流、所述直流汇流箱的输入端电压、输入端电流以及输出端电压、输出端电流、所述直流配电柜的输出端功率、所述逆变器的输出端功率、水平面上的总辐射度、直接辐照度、散射度、环境温度、组件温度以及风速的通信方式。

优选的，所述的测定太阳能光伏发电效率的系统还包括：远程服务器，与所述的数据处理器相连接，用于远程查询光伏组件的发电效率、汇流箱的传输效率、配电柜的传输效率、逆变器的转换效率以及太阳能光伏发电效率。

优选的，所述光伏组件测量装置为传感器。

优选的，所述的直流汇流箱测量装置为直流电流表以及直流电压表。

优选的，所述的直流配电柜测量装置为直流电能表。

优选的，所述的逆变器测量装置为交流电能表。

优选的，所述的转换装置为RS485/GPRS转换器。

本实用新型的有益效果在于，针对现有技术中存在的上述技术问题，提出一种测定太阳能光伏发电效率的系统，通过设置传感器采集组件电压、电流，设置环境监测仪采集环境数据，设置直流电压表、直流电流表采集直流汇流箱输入输出端的电压、电流，设置电能表采集配电柜输出端功率和逆变器输出端功率，并通过无线的方式传输至数据处理器，最终输出太阳能光伏发电效率，进而实现了实时了解整个太阳能光伏系统的运行状况，减少了系统损失，具有很高的工程实用意义。

为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的一种测定太阳能光伏发电效率的系统的结构框图；

图2为本实用新型实施例提供的一种测定太阳能光伏发电效率的系统的实施方式二的结构框图；

图3为本实用新型实施例提供的一种测定太阳能光伏发电效率的系统的实施方式三的结构框图；

图4为本实用新型提供的具体实施例中的一种测定太阳能光伏发电效率的系统的结构示意图；

图5为本实用新型提供的具体实施例中的一种测定太阳能光伏发电效率的系统中数据处理器的设备原理图；

图6为本实用新型提供的具体实施例中的一种测定太阳能光伏发电效率的系统中RS485/GPRS转换设备的设备原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

针对现有技术存在的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种测定太阳能光伏发电效率的系统，图1为测定太阳能光伏发电效率的系统实施方式一的结构框图，由图1可知，该系统具体包括：

多个光伏组件100；

光伏组件测量装置200，与所述的多个光伏组件100相连接，用于测量光伏组件的电压、电流，并将所述的电压、电流发送至网关1100。在具体的实施方式中，光伏组件测量装置200可通过智能传感器来实现，以获取光伏组件的电压、电流，分别记为V_PV、I_PV。光伏组件测量装置200的数量与光伏组件100的数量相同。

所述的网关1100，与所述的光伏组件测量装置200相连接，用于接收所述的光伏组件的电压、电流。在具体的实施方式中，智能传感器与网关之间可进行无线射频连接。

环境监测仪1000，用于测量水平面上的总辐射度、直接辐照度、散射度、环境温度、组件温度以及风速。

与多个光伏组件100、所述的光伏组件测量装置200相连接的直流汇流箱300；

直流汇流箱测量装置400，与所述的直流汇流箱300相连接，用于测量所述直流汇流箱300的输入端电压、输入端电流以及输出端电压、输出端电流，在具体的实施方式中，直流汇流箱测量装置400可通过直流电压表和直流电流表来实现，以测量出直流汇流箱各输入端的电压、电流，记为V_Stri、I_Stri，汇流箱输出端电压、电流记为V_{Box_Out}、I_{Box_Out}。

与所述的直流汇流箱300、直流汇流箱测量装置400相连接的直流配电柜500；

直流配电柜测量装置600，与所述的直流配电柜500相连接，用于测量所述直流配电柜500的输出端功率。在具体的实施方式中，直流配电柜测量装置600可通过直流电能表来实现，以测量直流配电柜输出端的功率，记为P_{Inv_In}。

与所述的直流配电柜500相连接的逆变器700，逆变器可为光伏逆变器。

逆变器测量装置800，与所述的逆变器700相连接，用于测量所述逆变器的输出端功率。在具体的实施方式中，逆变器测量装置800可通过交流电能表来实现，以测量逆变器输出端的功率，记为P_{Inv_Out}。

数据处理器900，分别与所述的网关、所述的直流汇流箱测量装置、所述的直流配电柜测量装置、所述的逆变器测量装置以及所述的环境监测仪相连接，用于接收所述的光伏组件的电压、电流，接收所述直流汇流箱的输入端电压、输入端电流以及输出端电压、输出端电流，接收所述直流配电柜的输出端功率、所述逆变器的输出端功率，接收水平面上的总辐射度、直接辐照度、散射度、环境温度、组件温度以及风速，并输出光伏组件的发电效率、汇流箱的传输效率、配电柜的传输效率、逆变器的转换效率以及太阳能光伏发电效率。

图5为图1中的数据处理器900的电路原理图，由图5可知，数据处理器900具体包括MCU、调制解调器、外部存储器、电源模块、内存、输入接口以及输出接口。

其中，输入接口和调制解调器，用于实现GPRS数据的接收，获取RS485/GPRS转换设备传输过来的数据，获取的数据存储于外部存储器中，以待MCU进行相关处理。

MCU(Micro Control Unit，微控制单元)和内存，用于获取外部存储器的数据，并对相关数据进行计算，确定光伏组件发电效率、汇流箱传输效率、配电柜传输效率、逆变器转换效率和太阳能光伏发电效率，太阳能光伏发电效率是光伏组件发电效率、直流汇流箱传输效率、直流配电柜传输效率和逆变器的转换效率的乘积。

电源模块,用于给数据处理器供电，完成上述功能。

输出接口，用于向远程服务器1300输出光伏组件发电效率、汇流箱传输效率、配电柜传输效率、逆变器转换效率和太阳能光伏发电效率。

本实用新型中的太阳能光伏发电效率是表征光伏电站运行性能的最终指标，太阳能光伏发电效率分为光伏组件发电效率、汇流箱传输效率（即转换效率）、配电柜传输效率和逆变器转换效率四部分。

图2为本实用新型实施例提供的一种测定太阳能光伏发电效率的系统的实施方式二的结构框图，由图2可知，该系统在实施方式二中，还包括：

转换装置1200，分别与所述的网关1100、所述的直流汇流箱测量装置400、所述的直流配电柜测量装置600、所述的逆变器测量装置800、所述的环境监测仪1000以及所述的数据处理器900相连接，转换所述光伏组件的电压、电流、所述直流汇流箱的输入端电压、输入端电流以及输出端电压、输出端电流、所述直流配电柜的输出端功率、所述逆变器的输出端功率、水平面上的总辐射度、直接辐照度、散射度、环境温度、组件温度以及风速的通信方式。转换装置可以将RS485的数据转换为GPRS的数据，可以将有线传输转换为无线传输。

在本实用新型的具体实施例中，所述的网关1100、直流电压表、直流电流表、直流电能表、交流电能表和环境监测仪均可采用RS485通讯方式，因此可设置转换装置，通过RS485总线最终连接至转换装置上，转换装置可通过RS485/GPRS转换设备来实现。RS485/GPRS转换设备的设备原理图如图6所示，由图6可知，转换设备设有电源模块、RS485接收模块、时钟模块、看门狗模块、无线模块、SIM/UIM卡接口、无线及其接口模块，在SIM/UIM卡模块中插入SIM卡，给电源模块供电，通过RS485接收模块接收RS485信号，并通过无线模块将数据转换为GPRS信号。

图3为本实用新型实施例提供的一种测定太阳能光伏发电效率的系统的实施方式三的结构框图，由图3可知，该系统在实施方式三中还包括：

远程服务器1300，与所述的数据处理器900相连接，用于远程查询光伏组件的发电效率、汇流箱的传输效率、配电柜的传输效率、逆变器的转换效率以及太阳能光伏发电效率。所述远程服务器1300可通过Internet远程连接数据处理器，获取效率测量的结果。

图4为本实用新型提供的具体实施例中的一种测定太阳能光伏发电效率的系统的结构示意图，如图4所示，本实用新型提供的测定太阳能光伏发电效率的系统，用于对太阳能光伏发电系统进行效率评估，包括光伏组件101、直流汇流箱104、直流配电柜105和逆变器106，所有光伏组件101分组后接入直流汇流箱104的输入端，而汇流箱104的输出端则接入直流配电柜105，直流配电柜105的输出端接入逆变器106从而接入电网，实现太阳能发电。还包括智能传感器102、网关103、直流电流表107、直流电压表108、直流电能表109、交流电能表110、环境监测仪111、RS485/GPRS转换设备113、数据处理器114，下面分别介绍。

智能传感器102的数目与光伏组件的数目相同，测量光伏组件101的电压、电流；智能传感器102与网关103进行无线射频连接，将检测到的数据送至通讯网关103；直流电流表107与直流汇流箱104的输入端和直流汇流箱104的输出端连接，数量与直流汇流箱104输入输出端数量相同；直流电压表108与汇流箱104的输出端连接；直流电能表109与直流配电柜105的输出端连接；交流电能表110与逆变器106的输出端连接；通讯网关103、直流电压表108、直流电能表107、直流电能表109、交流电能表110和环境监测仪111均采用RS485通讯，具有相对应的通讯规约，并通过RS485/GPRS转换设备113将采集的数据传送至数据处理器114进行处理，计算组件发电效率、汇流箱传输效率、配电柜传输效率、逆变器转换效率和系统总体效率；提供Web服务，通过Internet远程连接个人计算机115，用户可以远程查询光伏发电系统效率信息。

下面结合具体的实例进行说明。设环境监测仪获取2013年7月12日的气象数据，水平面上直接辐照度H_B为4W/m²，水平面上散射度H_d为778W/m²，倾斜面上的辐照度S为703.7W/m²，光伏组件温度T为39.9℃。

设该实施例中，一个光伏组件共有16块组件，获取1～16号组件的电压、电流值，确定出组串的发电效率，数值见表1所示，采用本实用新型所示系统测定光伏组件的发电功率为3030.79W，实际测量的电压518V，电流为5.71A，则实际功率为2957.78W，则光伏组件发电效率则是97.59%。

表1

7号汇流箱16路输入端及输出端的电压、电流及功率值见表2所示，汇流箱输入端功率为16路功率之和，50.84kW，7号汇流箱输出功率为50.74kW，则汇流箱的传输效率是99.8%。

表2

1～7号汇流箱输出功率之和为355.96kW，配电柜的输出功率为353kW，逆变器的输出功率是335.258kW，则配电柜的传输效率是99.2%，逆变器的转换效率是94.97%，太阳能光伏发电效率为97.59%*99.8%*99.2%*94.97%=91.74%。

综上所述，本实用新型提供的测定太阳能光伏发电效率的系统，解决现有光伏发电系统缺少效率测定系统的现象，及时了解发电系统的运行及发电状态，减少不必要的损失。在太阳能光伏发电系统的基础上增加智能传感器、通讯网关、直流电压表、直流电流表、直流电能表、交流电能表、环境监测仪等测量设备及RS485/GPRS转换设备；各类测量设备与RS485/GPRS转换设备相连，并通过GPRS将数据传送至数据处理器，数据处理器存储数据、进行效率评估的处理并提供Web服务，用户可以通过远程查询光伏发电系统效率信息。

综上所述，本实用新型技术方案带来的有益效果是：

1、光伏电站运行维护人员可以在本实用新型提出的测定太阳能光伏发电效率的系统的技术上，实时了解整个光伏系统的运行状况，及时发现问题解决问题，减少系统损失；

2、电网调度部门可以在对光伏发电效率分析的基础上制定发电计划，优化电网调度方式，保证电能质量，减少系统的备用容量，降低电力系统运行成本，促进国家新能源战略的顺利实施；

3、本实用新型提出的测定太阳能光伏发电效率的系统，可以在仅有厂家提供的组件信息、实测的气象信息、电压、电流的条件下计算出组件的发电效率，并对整个太阳能光伏发电系统的效率进行了测定，而以往的组件效率仅是针对于厂家提供的最大功率点的功率进行的计算，相比之下，本实用新型提高了计算精度，在一定程度上改进了以往对效率的计算方法并增加了效率报警的分析，具有很高的工程实用意义。本实用新型提出的测定太阳能光伏发电效率的系统可以对整个光伏系统的效率进行全面实时的了解，使用者可以通过它对影响发电效率的各因素进行分析，指导光伏发电系统的运行。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一般计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random AccessMemory，RAM）等。

本领域技术人员还可以了解到本实用新型实施例列出的各种功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本实用新型实施例保护的范围。

本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (8)

1.一种测定太阳能光伏发电效率的系统，其特征是，所述测定太阳能光伏发电效率的系统包括：

多个光伏组件；

光伏组件测量装置，与所述的多个光伏组件相连接，用于测量光伏组件的电压、电流，并将所述的电压、电流发送至网关；

所述的网关，与所述的光伏组件测量装置相连接，用于接收所述的光伏组件的电压、电流；

与多个光伏组件、所述的光伏组件测量装置相连接的直流汇流箱；

直流汇流箱测量装置，与所述的直流汇流箱相连接，用于测量所述直流汇流箱的输入端电压、输入端电流以及输出端电压、输出端电流；

与所述的直流汇流箱、直流汇流箱测量装置相连接的直流配电柜；

直流配电柜测量装置，与所述的直流配电柜相连接，用于测量所述直流配电柜的输出端功率；

与所述的直流配电柜相连接的逆变器；

逆变器测量装置，与所述的逆变器相连接，用于测量所述逆变器的输出端功率；

环境监测仪，用于测量水平面上的总辐射度、直接辐照度、散射度、环境温度、组件温度以及风速；

数据处理器，分别与所述的网关、所述的直流汇流箱测量装置、所述的直流配电柜测量装置、所述的逆变器测量装置以及所述的环境监测仪相连接，用于接收所述的光伏组件的电压、电流，接收所述直流汇流箱的输入端电压、输入端电流以及输出端电压、输出端电流，接收所述直流配电柜的输出端功率、所述逆变器的输出端功率，接收水平面上的总辐射度、直接辐照度、散射度、环境温度、组件温度以及风速，并输出光伏组件的发电效率、汇流箱的传输效率、配电柜的传输效率、逆变器的转换效率以及太阳能光伏发电效率。

2.根据权利要求1所述的测定太阳能光伏发电效率的系统，其特征是，所述的测定太阳能光伏发电效率的系统还包括：

转换装置，分别与所述的网关、所述的直流汇流箱测量装置、所述的直流配电柜测量装置、所述的逆变器测量装置、所述的环境监测仪以及所述的数据处理器相连接，用于转换所述光伏组件的电压、电流、所述直流汇流箱的输入端电压、输入端电流以及输出端电压、输出端电流、所述直流配电柜的输出端功率、所述逆变器的输出端功率、水平面上的总辐射度、直接辐照度、散射度、环境温度、组件温度以及风速的通信方式。

3.根据权利要求2所述的测定太阳能光伏发电效率的系统，其特征是，所述的测定太阳能光伏发电效率的系统还包括：

远程服务器，与所述的数据处理器相连接，用于远程查询光伏组件的发电效率、汇流箱的传输效率、配电柜的传输效率、逆变器的转换效率以及太阳能光伏发电效率。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的测定太阳能光伏发电效率的系统，其特征是，所述光伏组件测量装置为传感器。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的测定太阳能光伏发电效率的系统，其特征是，所述的直流汇流箱测量装置为直流电流表以及直流电压表。

6.根据权利要求1至3任意一项所述的测定太阳能光伏发电效率的系统，其特征是，所述的直流配电柜测量装置为直流电能表。

7.根据权利要求1至3任意一项所述的测定太阳能光伏发电效率的系统，其特征是，所述的逆变器测量装置为交流电能表。

8.根据权利要求2或3所述的测定太阳能光伏发电效率的系统，其特征是，所述的转换装置为RS485/GPRS转换器。

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