CN208656717U - 一种光伏电站清洁监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光伏电站清洁监控系统,包括若干光伏板清洗终端和电站本地监控中心，光伏板清洗终端包括光伏板除尘刮刷和驱动机构，光伏板清洗终端还包括终端控制模块，终端控制模块包括电机驱动板和终端控制板，电机驱动板上设有整流滤波调压模块和驱动制动模块，终端控制板上设有主控芯片，电源模块，电流采样模块，实时时钟模块，传感器信号采集模块和无线数传模块，站本地监控中心设有总控制端计算器；可大面积除尘提高清洁效率、降低控制难度，使每个光伏电站可监控多个光伏板清洗终端，多个电站与云端服务器通信，作人员在互联网传输下以手机客户端监控各光伏电站，提升发电效率，节约人工成本，提高整体收益。

Description

一种光伏电站清洁监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种光伏电站清洁监控系统,属于光伏系统技术领域。

背景技术

光伏产业使用光伏发电板将太阳能转换为电能，作为清洁、可再生能源，对缓解煤炭石油等不可再生能源的能源危机与环境污染具有重要意义，符合国家可持续发展战略中保护环境、节约能源的要求，是一个具有发展潜力的新兴产业，但其发电效率受温度、湿度、光照强度以及灰尘的影响较大，灰尘的长期积累不仅给光伏组件造成严重伤害，降低发电效率，且会诱发许多故障，因此定期对光伏组件清洁维护是一种快速提高光伏电站发电效率的有效途径。

目前国内外主要通过人工除尘、高压水枪除尘、专业清洁设备除尘等方式进行光伏组件的清洁，然而采用人工清洁容易对太阳能光伏板造成损伤，且效率较低，采用高压水枪清洗虽对清洁效果较好，但水资源浪费较多，难以二次利用，导致实用环境受限，采用机械除尘技术，使用机器带动刷子，并边洒水边清洁光伏面板，清洁效率较差，机械操作难度较大，也有如CN107626631A提供的一种光伏组件清洗设备等架设于光伏板表面带刮刷、毛刷等的板式清洗设备，但缺乏清洁监控系统，智能化程度低，导致清洁效率低下，排查成本较高。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种光伏电站清洁监控系统。

本实用新型是通过如下的技术方案予以实现的：

一种光伏电站清洁监控系统，包括若干光伏板清洗终端和电站本地监控中心，所述光伏板清洗终端包括光伏板除尘刮刷和驱动机构，其中，所述光伏板除尘刮刷两端设有两个接近开关传感器，所述驱动机构包括钢缆、第一绕线辊和第二绕线辊，所述钢缆与光伏板除尘刮刷相连，且两端分别设置于第一绕线辊和第二绕线辊上，所述第一绕线辊和第二绕线辊分别连接有第一旋转电机和第二旋转电机；

所述光伏板清洗终端还包括终端控制模块，所述终端控制模块包括电机驱动板和终端控制板，所述电机驱动板上设有整流滤波调压模块和驱动制动模块，所述整流滤波调压模块用于与交流市电连接整流成直流为驱动制动模块供电，所述驱动制动模块有两个，且分别与第一旋转电机和第二旋转电机电连接；

所述终端控制板上设有主控芯片，电源模块，电流采样模块，实时时钟模块，传感器信号采集模块和无线数传模块，所述主控芯片均与电流采样模块、实时时钟模块、传感器信号采集模块和无线数传模块相连,所述电源模块用于为终端控制板供电，所述电流采样模块与电机驱动板相连，所述实时时钟模块用于提供时间基准，所述传感器信号采集模块用于采集接近开关传感器传导的信号；

所述电站本地监控中心设有总控制端计算器，所述总控制端计算通过无线数传模块与端控制模块通，所述总控制端计算器上设有通信模块；

所述光伏电站清洁监控系统还包括云端服务器，所述云端服务器通过互联网和通信模块与总控制端计算器实现通信，并通过互联网连接有手机客户端，所述电站本地监控中心还设有气象传感器和数据采集板，所述气象传感器包括风速风向传感器和雨量传感器，所述气象传感器通过网线与数据采集板相连，所述数据采集板用于采集气象传感器的数据输出至总控制端计算器。

本实用新型的有益效果为：

（1）每个光伏电站可采用多个光伏板清洗终端，光伏板清洗终端通过驱动机构带动光伏板除尘刮刷，对光伏板表面左右机械式除尘清洁，并通过无线数传模块与电站通信，可大面积除尘提高清洁效率、降低控制难度；（2）每个电站本地监控中心通过总控制端计算器与终端控制模块通信，驱动机械除尘动作和反馈接近传感器、电流采样模块的位置、电流信号，以便实时远程本地监控，检出故障；（3）多个光伏电站还可通过通信模块与云端服务器通信，工作人员在互联网传输下以手机客户端，以便快捷、高效地集成化监控各光伏电站，极大提高了光伏电站的清洁除尘效率，从而提升发电效率，节约人工成本，提高整体收益。

附图说明

图1为本实用新型监控结构图。

图2为本实用新型监控原理图。

图3为本实用新型光伏板清洗终端除尘结构示意图。

（图3中：光伏板除尘刮刷1和驱动机构2，钢缆3、第一绕线辊4和第二绕线辊5，接近开关传感器6，定滑轮7，支架8，太阳能光伏板9，第一旋转电机10和第二旋转电机11）。

图4为本实用新型电机驱动板原理图。

图5为本实用新型驱动模块电路图。

图6为本实用新型制动模块电路图。

图7为本实用新型电源模块电路图。

图8为本实用新型电流采样模块电路图。

图9为本实用新型A/D转换参考电压图。

图10为本实用新型实时时钟模块电路图。

图11为本实用新型复位电路模块电路图。

图12为本实用新型接近开关传感器电路图。

图13为本实用新型终端控制模块结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。

参见图1~3，一种光伏电站清洁监控系统，包括若干光伏板清洗终端和电站本地监控中心，所述光伏板清洗终端包括光伏板除尘刮刷1和驱动机构2，其中，所述光伏板除尘刮刷1两端设有两个接近开关传感器6，所述接近开关传感器6选用LJ12A3-4-Z/BX，用于感知刮刷是否运行到位，所述驱动机构2包括钢缆3、第一绕线辊4和第二绕线辊5，所述钢缆3与光伏板除尘刮刷1相连，且两端分别设置于第一绕线辊4和第二绕线辊5上，所述第一绕线辊4和第二绕线辊5分别连接有第一旋转电机10和第二旋转电机11；

所述钢缆3的数目至少为两根，所述钢缆3上设有至少四个定滑轮7；

所述光伏板除尘刮刷1通过支架8悬于太阳能光伏板9上方，避免出现机械结构遮挡阳光导致的发电效率低下，并通过四个定滑轮7折曲，使钢丝绳悬于光伏板四周与下方，第一旋转电机10和第二旋转电机11均置于光伏板下方，通过第一旋转电机10带动第一绕线辊4绕线，使与钢缆3连接的光伏板除尘刮刷1向一侧移动，第二绕线辊5上的钢缆3从动放线，同理第二旋转电机11旋转可带动光伏板除尘刮刷1向另一侧移动，两根钢缆3利于提高拉力和稳定性，旋转电机采用博山微电机的110ZYT152直流永磁电机，该电机额定电压220V，额定电流2.3A，额定功率375W，额定转速1500rpm，刮刷早上置于光伏板西边，下午置于光伏板东边。

所述光伏板清洗终端还包括终端控制模块，所述终端控制模块包括电机驱动板和终端控制板；

参见图4，所述电机驱动板上设有整流滤波调压模块和驱动制动模块，所述整流滤波调压模块用于与交流市电连接整流成直流为驱动制动模块供电，所述整流滤波调压模块选用HN-10型PWM脉宽直流电机调速器，具有交流180V-交流260V的超宽电压输入，用于与市电连接，将220V交流电压变成波形平稳的直流电压，保证了光伏发电板清洗就近取电稳定运行，可以简化电路，降低成本，电枢电压连续可调，输出电压稳定性高，具有短路保护功能，这使得电动机调速极为方便；所述驱动制动模块有两个，且分别与第一旋转电机10和第二旋转电机11电连接；

所述驱动制动模块包括驱动模块和制动模块，所述驱动模块和制动模块分别用于接收终端控制板的驱动和制动信号；

驱动制动模块通过继电器实现，依据接收终端控制板的驱动和制动信号，控制光耦的通断从而控制继电器的状态；

参见附图5，20V和220VGND为整流滤波调压模块输出的直流电，M1+和M1-接电机电枢引脚，DO-1为微控制器主控芯片MCU输出引脚。当DO-1输出低电平，光耦导通，继电器线圈得电，继电器吸合，电机电枢得电运转。当DO-1输出高电平，光耦断路，继电器控制端失电，继电器断开，电机电枢失电停止驱动。通过光耦，继电器两级驱动最终实现微控制器对电机驱动的控制，保障了电路的安全性与可靠性。

参见附图6，采用能耗制动的方式，R9为制动电阻，和驱动模块一样采用光耦和继电器控制制动电阻是否接入电机两端。考虑电机额定电流2.3A，额定电压220V故可估算电机反电动势，电机电枢允许最大电流，若假定电枢电阻为零，那么制动电阻最小值，取制动电阻，制动电阻功率最大值。

参见图1、2，所述终端控制板上设有主控芯片，电源模块，电流采样模块，实时时钟模块，传感器信号采集模块和无线数传模块，所述主控芯片均与电流采样模块、实时时钟模块、传感器信号采集模块和无线数传模块相连，所述主控芯片选用STC公司的STC12C5A32S2芯片，该芯片是单时钟/机器周期(1T)的单片机，其芯片内部集成了许多实用的片上外设如8路高速10位A/D转换，双串口，EEPROM等；

所述电源模块用于为终端控制板供电，参见图7，所述电源模块上设有电压调节芯片，所述电压调节芯片用于将24V电源转换为5V电源。

所述电压调节芯片采用LM2596开关型电压调节芯片进行电源的变换，该芯片可输出最大3A的电流，该芯片内部集成度高，外围只需4个元件，电路简洁，方便使用。

所述电流采样模块与电机驱动板相连，所述电流采样模块上设有电流互感器和A/D转换引脚；参见附图8，第一旋转电机10和第二旋转电机11在实时运行过程中可能会有堵转或者其他故障，而这些问题均可以通过电机电流反映出来，由于两台电机同一时间只可能有一台得电运转，且电机驱动板消耗电流较小，电流的波动同样较小，所以通过直接检测电机驱动板的电源电流，检测到电流值的大小与电机的实际电流值近似为线性关系可以反映出电机的实际运行状态。

先通过电流互感器将220V交流电与控制电路隔离并将电流值线性缩小，然后通过采样电阻将电流信号转换为电压信号并通过一个二极管将反向电压过滤掉，得到只有上半周期的交流电压信号，最后将该电压信号通过由运放LM358搭建的电压跟随器接至主控芯片MCU的A/D转换引脚。

参见附图9，为减小A/D转换误差，增加2.5V参考电源电路。

所述实时时钟模块用于提供时间基准，所述传感器信号采集模块用于采集接近开关传感器6传导的信号；

参见附图10，实时时钟模块的计时功能通过DS1302实时时钟芯片完成。该芯片可以以秒为最小单位进行计时，可自动调整每月天数计数与闰年计数，可通过I2C通信接口与主控芯片MCU通信输出计时数。可采用双电源供电，由于其可对备用电源充电，故本系统使用1F的电容作为其备用电源。

所述电站本地监控中心设有总控制端计算器，所述总控制端计算通过无线数传模块与端控制模块通信。

所述总控制端计算器采用研华UNO-2174A/78A型计算器，是一款嵌入式APR(Application Ready Platform，应用就绪型平台)，不仅缩短了开发时间，并且提供了丰富的网络接口，拥有丰富的I/O，例如可支持4-8个COM端口以及6个USB接口，能够满足各种项目中的扩展需求。

所述终端控制板上设有复位电路模块，所述复位电路模块用于使主控芯片复位至初始状态，所述复位电路模块上设有看门狗电路。

参见附图11，复位电路模块用于对主控芯片MCU复位使程序重新运行，同时具有看门狗功能以防程序在异常情况下“跑飞”。该模块采用MAX813芯片来实现对MCU的复位以及看门狗功能，在复杂的工业现场环境，各种干扰的存在有可能会使主控芯片MCU内部在执行指令时出错，将数据错误的当做地址码从而造成程序运行出错，故需要引入看门狗。看门狗又叫定时器电路，程序运行期间需要不间断的进行“喂狗”操作，当程序故障“跑飞”则“喂狗”操作便会停止，当一定时间未进行“喂狗”操作，看门狗会发送复位信号使MCU复位。

所述接近开关传感器6为PNP型霍尔接近开关。

参见附图12，当无磁场时信号线输出高电平，有磁场时输出低电平，将该传感器置于光伏板除尘刮刷1支架8两端，在光伏板除尘刮刷1的相应位置放置磁钢，以此检测光伏板除尘刮刷1是否运行到支架8的一端，以判断运行到位。

参见图1、2，所述总控制端计算器上设有通信模块。

所述通信模块采用无线电台方式通讯，选用泽耀科技的AS62-DTU30型无线数传电台，以RS485接口与电台通信；

每个省份每个电站下可设若干台光伏板清洗终端设备，每个终端设备有唯一的地址码即设备编号，设备编号为8位，第1、2位为地区编码，第3、4位为电站编码，第5、6位为安装区域编码，第7、8位为设备编码，所以按照此系统设定的设备编号，每个电站最多安装99*99=9801台终端设备。

无线数传模块采用泽耀科技的AS62-T27型无线串口，通过串口UART与通信模块通信，因此在每个电站，一台无线数传电台与若干个无线串口模块组成一套无线通信系统，实现电站本地监控中心与终端远程通信；

所述总控制端计算器用于对一定区域电站的光伏板清洗终端发送驱动、制动信号进行控制，接收光伏板清洗终端的反馈信息，完成与云端服务器的通信以传达到云端，通过云端对光伏板清洗终端远程控制和状态监控。

所述光伏电站清洁监控系统还包括云端服务器，所述云端服务器通过互联网和通信模块与总控制端计算器实现通信，并通过互联网连接有手机客户端，手机客户端通过B/S结构（Browser/Server，浏览器/服务器模式）交互，以便通过短信下发终端报警信息；

在互联网中，每个终端计算机以IP为其唯一识别编号，云端服务器有两种选择，方式一，向网络运营商比如电信、联通、移动等申请公网静态IP，然后自己用计算机搭建服务器。方式二，直接向腾讯、阿里等互联网公司租用云服务器，一方面需要向网络运营商交费用，另一方面需要有场地以及一台性能较好的计算机来搭建服务器，但此种方式，数据较为安全。而方式二相比方式一则只需要交纳一定租赁费用，且可在任意一台联网的计算机访问它，使用起来更加灵活。因此结合实际情况，选择了腾讯云云端服务器，是以云虚拟机的形式提供给客户使用，方便进行存储空间的扩充，优势在于基础架构以及对大数据的处理，可以减少部署成本投入，可以较为灵活的对资源进行分配，有利于对资源的充分利用。

所述电站本地监控中心还设有气象传感器和数据采集板，所述气象传感器包括风速风向传感器和雨量传感器，所述气象传感器通过网线与数据采集板相连，所述数据采集板用于采集气象传感器的数据输出至总控制端计算器，以便为下雨天气、大风天气的除尘运行提供依据。

所述数据采集板为RS485总线输出，集成ModBus通信协议，作为从站地址为01。其通信速率为9600，用“03”（只读）命令从起始地址“9004”开始读6个数据，这6个数据依次分别为： 9004：当前风向，单位：度； 9005：当前风速，单位：0.1m/s； 9006：前10分钟最高风速，单位：0.1m/s； 9007：前10分钟最高风速时的风向，单位：度； 9008：前1小时累计雨量，单位：0.1mm； 9009：前24小时累计雨量，单位：0.1mm。

本实用新型的工作原理为：

每个光伏电站设置多个光伏板清洗终端，光伏板清洗终端通过驱动机构2的第一旋转电机10或第二旋转电机11带动光伏板除尘刮刷1，对光伏板表面左右机械式除尘清洁，每个电站本地监控中心通过总控制端计算器在通信模块下发送控制信号，远程控制终端控制模块的终端控制板；

参见图13，电源模块为终端控制板供电，电压调节芯片将24V电源转换为5V电源，终端控制板通过无线数传模块通信接收控制信号，中控芯片处理传输，整流滤波调压模块将220V交流供电整流成直流以驱动两台电机工作，驱动制动模块依据控制信号实现驱动和制动两台电机，带动带动光伏板除尘刮刷1行走；

该控制信号为四个开关量信号，四个开关量信号通过五根信号线即四个开关量和一根共地线进行传输，四个开关量分别为：a：第二旋转电机启动、b：第二旋转电机制动、c：第一旋转电机启动、d：第一旋转电机制动；输出低电平用“0”表示，输出高电平用“1”表示，则四个开关量的输出组合对应到光伏板除尘刮刷1状态如下表1所示：

a	b	c	d	功能
					1	0	0	0	光伏板除尘刮刷1左移
0	0	0	1	光伏板除尘刮刷1右移
					0	1	0	1	光伏板除尘刮刷1制动

复位电路模块用于对主控芯片MCU复位使程序重新运行，同时具有看门狗功能以防程序在异常情况下“跑飞”，实时时钟模块提供时间基准以便为每天除尘工作定时执行，接近开关传感器6传感光伏板除尘刮刷1反馈感知是否运行到位，经传感器信号采集模块采集，电流采样模块采集电机驱动板电流，中控芯片控制传输传感器、电流反馈信号至电站本地监控中心，每个电站的电站本地监控中心还通过通信模块与云端服务器，以便于工作人员通过手机客户端远程监控。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；电机驱动板和终端控制板均是PCB电路板，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光伏电站清洁监控系统，包括若干光伏板清洗终端和电站本地监控中心，所述光伏板清洗终端包括光伏板除尘刮刷和驱动机构，其特征为，所述光伏板除尘刮刷两端设有两个接近开关传感器，所述驱动机构包括钢缆、第一绕线辊和第二绕线辊，所述钢缆与光伏板除尘刮刷相连，且两端分别设置于第一绕线辊和第二绕线辊上，所述第一绕线辊和第二绕线辊分别连接有第一旋转电机和第二旋转电机；

所述光伏板清洗终端还包括终端控制模块，所述终端控制模块包括电机驱动板和终端控制板，所述电机驱动板上设有整流滤波调压模块和驱动制动模块，所述驱动制动模块有两个，且分别与第一旋转电机和第二旋转电机电连接；

所述终端控制板上设有主控芯片，电源模块，电流采样模块，实时时钟模块，传感器信号采集模块和无线数传模块，所述主控芯片均与电流采样模块、实时时钟模块、传感器信号采集模块和无线数传模块相连，所述电流采样模块与电机驱动板相连，所述传感器信号采集模块用于采集接近开关传感器传导的信号；

所述电站本地监控中心设有总控制端计算器，所述总控制端计算通过无线数传模块与端控制模块通信。

2.如权利要求1所述的一种光伏电站清洁监控系统，其特征为，所述钢缆的数目至少为两根，所述钢缆上设有至少四个定滑轮。

3.如权利要求1所述的一种光伏电站清洁监控系统，其特征为，所述驱动制动模块包括驱动模块和制动模块，所述驱动模块和制动模块分别用于接收终端控制板的驱动和制动信号。

4.如权利要求1所述的一种光伏电站清洁监控系统，其特征为，所述电源模块上设有电压调节芯片，所述电压调节芯片用于将24V电源转换为5V电源。

5.如权利要求4所述的一种光伏电站清洁监控系统，其特征为，所述电流采样模块上设有电流互感器和A/D转换引脚。

6.如权利要求4所述的一种光伏电站清洁监控系统，其特征为，所述终端控制板上设有复位电路模块，所述复位电路模块用于使主控芯片复位至初始状态，所述复位电路模块上设有看门狗电路。

7.如权利要求1所述的一种光伏电站清洁监控系统，其特征为，所述接近开关传感器为PNP型霍尔接近开关。

8.如权利要求1所述的一种光伏电站清洁监控系统，其特征为，所述总控制端计算器上设有通信模块。

9.如权利要求8所述的一种光伏电站清洁监控系统，其特征为，所述光伏电站清洁监控系统还包括云端服务器，所述云端服务器通过互联网和通信模块与总控制端计算器实现通信，并通过互联网连接有手机客户端。

10.如权利要求1～9任意一项所述的一种光伏电站清洁监控系统，其特征为，所述电站本地监控中心还设有气象传感器和数据采集板，所述气象传感器包括风速风向传感器和雨量传感器，所述气象传感器通过网线与数据采集板相连，所述数据采集板用于采集气象传感器的数据输出至总控制端计算器。