CN211577265U - 一种光伏阵列功率分析仪及功率分析系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光伏阵列功率分析仪及功率分析系统，功率分析仪包括主机以及与主机无线连接的无线辐照度采样传输模块、无线温度采样传输模块、无线电压采样传输模块及无线电流传输模块，所述无线辐照度采样传输模块采集光伏阵列的表面辐照、无线温度采样传输模块采集温度信号、无线电压采样传输模块采集电压信号及无线电流传输模块采集电流信号；所述主机上还设有用于输入功率温度系数的组件温度系数输入模块，所述主机由此计算光伏阵列的功率。本实用新型提供了一种无线测量多种物理量的综合测试计算设备，所有的物理量的测量都是通过无线传输，不必考虑主机回路的测试限制，可编程性和扩展性能好。

Description

一种光伏阵列功率分析仪及功率分析系统

技术领域

本实用新型涉及多种物理量综合测量领域，尤其涉及一种光伏阵列功率分析仪及功率分析系统。

背景技术

随着新能源产业的不断发展，对光伏组件阵列的功率测试及衰减计算的需求对于电站建设和维护变得越来越重要。

光伏组件与传统的发电机不一样，是一种静态的发电设备，其发电功率与电性能参数完全取决于使用材料的加工工艺。组件功率不但受各种外部环境因素影响较大，而且会随着时间的推移电性能有所改变，这种改变一般为衰减。功率作为光伏电站的重要参数，在设备生产，工程建设等多个环节均需要进行测试。

通常的光伏组件阵列标准功率，需要通过四个物理量的测量和一个变量的输入才能计算出标准功率及衰减比例，由于光伏组件有一定的占地面积，而测试设备测量范围有限，只能在汇流箱或分布式逆变器附近测试，且认为该汇流箱或逆变器下面接的所有组件均与汇流箱或分布式逆变器附近的组件阵列一致，受光面在同一角度，背面散热条件相同。而实际情况是，由于施工水平和施工难度，往往同一个汇流箱或分布式逆变器下面的各组件阵列安装角度盒和背板温度不尽一致。而组件功率受辐照和温度影响很大，为了精确测量组件阵列的实际功率和标准状态下的功率，需要对被测试组件阵列的各物理量精确测量，并参与计算。同一个汇流箱管理着一大片区域的光伏组件，往往因为安装质量问题，造成组件角度偏差，一旦同一汇流箱下面组串安装角度差偏大后，会造成并联损耗。现有仪器由于测试距离的限制，无法做到准确测量组串所在实际位置的辐照，只能默认与汇流箱附近的辐照相同，这也是目前测试过程中遇到的一个尴尬的问题。

由于目前市面上没有针对汇流箱的功率测试设备，测试整个汇流箱的功率采用多物理量共同测量并记录再经过后期计算得到结果在，整个过程不但麻烦而且不安全，需要多人操作。由于不同仪器的测试采样频率不一样，各物理量测试存在一定的非关联误差。

实用新型内容

鉴于以上内容，有必要提供一种光伏阵列功率分析仪及光伏阵列功率分析方案，能够远距离测试并传送测试数据，实现光伏阵列功率的同步计算，同时可以在改变计算公式和测量物理量后有更多的应用场景，技术方案如下：

一方面，本实用新型提供了一种光伏阵列功率分析仪，用于分析光伏阵列的功率，所述功率分析仪包括主机、无线辐照度采样传输模块、无线温度采样传输模块、无线电压采样传输模块及无线电流传输模块，所述无线辐照度采样传输模块、无线温度采样传输模块、无线电压采样传输模块和无线电流传输模块均与所述主机无线连接；

所述无线辐照度采样传输模块与设置在所述光伏阵列背板上的辐照测量单元连接，所述无线温度采样传输模块与设置在所述光伏阵列背板上的温度探头连接，所述无线电压采样传输模块与设置在所述光伏阵列的输出电路上的电压测量单元连接，所述无线电流传输模块与设置在所述光伏阵列的输出电路上的电流测量单元连接；

所述主机上还设有组件温度系数输入模块，所述主机根据无线辐照度采样传输模块采集的表面辐照值、无线温度采样传输模块采集的温度值、无线电压采样传输模块采集的电压值及无线电流传输模块采集的电流值，以及所述组件温度系数输入模块输入的温度系数，得到所述光伏阵列的功率。

作为优选的一种方案，所述主机为Zigbee协调器，所述无线辐照度采样传输模块、无线温度采样传输模块、无线电压采样传输模块和无线电流传输模块与所述主机之间通过Zigbee无线通信。

作为优选的一种方案，所述无线辐照度采样传输模块、无线温度采样传输模块、无线电压采样传输模块和无线电流传输模块与所述主机之间通过WiFi或蓝牙无线通信。

进一步地，所述功率分析仪还包括与所述主机电连接的显示单元，其用于显示经所述主机处理得到的光伏阵列功率结果，及/或

所述主机还用于与一个或多个移动终端无线通信，以将处理得到的光伏阵列功率结果发送至所述移动终端。

进一步地，所述电压测量单元并联在所述光伏阵列的输出电路上，所述电流测量单元串联在所述光伏阵列的输出电路上。

另一方面，本实用新型提供了一种光伏阵列功率分析系统，用于分析光伏阵列的功率，所述功率分析系统包括设置在所述光伏阵列背板上的辐照测量单元、设置在所述光伏阵列背板上的温度探头、设置在所述光伏阵列的输出电路上的电压测量单元、设置在所述光伏阵列的输出电路上的电流测量单元以及如上所述的光伏阵列功率分析仪。

进一步地，所述功率分析系统还包括一个或多个移动终端，所述主机与所述移动终端无线通信，以将处理得到的光伏阵列功率结果发送至所述移动终端。

本实用新型具有下列优点：

a.所有的物理量的测量都是通过无线传输，可以做到辐照和温度是针对某个特定组串对象测量采样，不必考虑与汇流箱或组串逆变器的距离受到测试设备的限制；

b.不必考虑主机回路的测试限制，由于采用zigbee通讯技术，主机的运算程序经过修改以及无线采样模块的重新选择或增加可以在大面积的范围内对很多对象进行测试，而不仅限于光伏组件的功率测试和标准功率的递归；

c.根据需要可扩展测试点位，最大支持256种测量设备同时在线，扩展性能非常好；

d.可编程性，可以自由设置对物理量采样后的运算公式，直接监测运算结果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本实用新型实施例提供的光伏阵列功率分析仪的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的光伏阵列功率分析系统的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的光伏阵列功率分析方法的流程图；

图4是本实用新型实施例提供的光伏阵列功率分析过程中的数据处理流程图；

图5是本实用新型实施例提供的功率分析仪中无线采样传输模块的程序流程图；

图6是本实用新型实施例提供的功率分析仪中协调器的程序流程图。

其中，附图标记包括：1-主机，2-无线电压采样传输模块，3-无线电流传输模块，4-无线辐照度采样传输模块，5-无线温度采样传输模块，6-电压测量单元，7-电流测量单元，8-辐照测量单元，9-温度探头，10-显示单元，11-移动终端。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本实用新型的一个实施例中，提供了一种光伏阵列功率分析仪，用于分析光伏阵列的功率，如图1所示，所述功率分析仪包括主机1、无线辐照度采样传输模块4、无线温度采样传输模块5、无线电压采样传输模块2及无线电流传输模块3，所述无线辐照度采样传输模块4、无线温度采样传输模块5、无线电压采样传输模块2和无线电流传输模块3均与所述主机1无线连接；在本实用新型实施例中采用基于IEEE802.15.4的2.4G通讯CC2530芯片，使用CC2530的ADC外部接口对被测物理量进行模数转换，使用德国GMC的辐照传感器将辐照信号通过信号放大器放大25倍左右传递给CC2530的ADC口，电压信号采用串联电阻分压电路直接接入ADC端口，选择精准的直流电流钳Fluck i1010，将电流信号转化为mV电压信号，直接传递给CC2530的ADC端口；数字芯片(DS18B20)是常用的数字温度传感器，测温范围－55℃～+125℃，其输出的是数字信号，测量结果以9～12位数字量方式串行传送，在使用中不需要任何外围元件，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。

所述无线辐照度采样传输模块4与设置在所述光伏阵列背板上的辐照测量单元8连接，所述无线温度采样传输模块5与设置在所述光伏阵列背板上的温度探头9连接，所述无线电压采样传输模块2与设置在所述光伏阵列的输出电路上的电压测量单元6连接，所述无线电流传输模块3与设置在所述光伏阵列的输出电路上的电流测量单元7连接；如图2所示，所述电压测量单元6并联在所述光伏阵列的输出电路上，所述电流测量单元7串联在所述光伏阵列的输出电路上。

在本实用新型实施例中，假设电压测量单元6的流程为0～3.3V，则电流测量单元7、辐照测量单元8、温度探头9分别将对应的物理量转换放大到0～3.3V电压值，以增加测量精度。再经由无线辐照度采样传输模块4、无线温度采样传输模块5、无线电压采样传输模块2及无线电流传输模块3转换成相应的“ID+测量数据”，无线传输到主机1，如图4所示，其中ID为无线采样传输模块自身的ID，所述主机1根据ID能够识别相应的采样传输模块类型，进而识别ID后跟随的测量数据具体为表面辐照值、温度值、电压值还是电流值，如图6所示，逐个判别数据类型，然后处理相应的数据后汇总进行功率计算。如图5所示，每个无线采样传输模块在初始化后加入网络，若成功加入，则发送系统数据，若处于空闲状态，则开始检测数据，并处理及发送数据，并反馈是否发送成功，如果是，返回到空闲状态，若否，则返回到检测数据。

所述主机1上还设有组件温度系数输入模块，所述主机1根据无线辐照度采样传输模块4采集的表面辐照值、无线温度采样传输模块5采集的温度值、无线电压采样传输模块2采集的电压值及无线电流传输模块3采集的电流值，以及所述组件温度系数输入模块输入的温度系数，得到所述光伏阵列的功率，具体通过以下公式进行计算：

其中，P_STC为折算到标准状态下的光伏阵列功率，U为光伏阵列输出电压，I为光伏阵列输出电流，I_rr为光伏阵列表面辐照，T₂为光伏阵列背板温度，T₁为标准状态温度，γ为功率温度系数。

在本实用新型一个优选实施例中，所述主机1为Zigbee协调器，所述无线辐照度采样传输模块4、无线温度采样传输模块5、无线电压采样传输模块2和无线电流传输模块3与所述主机1之间通过Zigbee无线通信。ZigBee是一种标准，该标准定义了无线个人区域网(WPAN:Wireless PersonalArea Network)这种短距离、低速率传输速率无线通信所需要的一系列通信协议，在无线电频率和数据率、数据传输模型、设备类型、网络工作方式、安全等方面都做出了说明。并且将协议模型划分为物理层和媒体接入控制层两个子层进行实现。基于Zigbee的无线网络所使用的工作频段为868MHz、915MHz和2.4GHz。最大数据传输速率为250Kbps，是一种廉价的，固定、便携或移动设备使用的，低复杂度、低成本、低功耗、低速率的无线连接技术，该标准定义了在个人区域网中通过射频方式在设备间进行互连的方式与协议，该标准使用避免冲突的载波监听多址接入以方式作为媒体访问机制，同时支持星型与对等型拓扑结构。

在本实用新型一个次优选实施例中，所述无线辐照度采样传输模块4、无线温度采样传输模块5、无线电压采样传输模块2和无线电流传输模块3与所述主机1之间通过WiFi或蓝牙无线通信。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，所述功率分析仪还包括与所述主机1电连接的显示单元10，其用于显示经所述主机1处理得到的光伏阵列功率结果，及/或

如图2所示，所述主机1还用于与一个或多个移动终端11无线通信，以将处理得到的光伏阵列功率结果发送至所述移动终端11。

在本实用新型的一个实施例中，提供了一种光伏阵列功率分析系统，用于分析光伏阵列的功率，如图2所示，所述功率分析系统包括设置在所述光伏阵列背板上的辐照测量单元8、设置在所述光伏阵列背板上的温度探头9、设置在所述光伏阵列的输出电路上的电压测量单元6、设置在所述光伏阵列的输出电路上的电流测量单元7以及如上所述的光伏阵列功率分析仪，所述光伏阵列功率分析仪的结构参见上述实施例，在此不再赘述。

进一步地，所述功率分析系统还包括一个或多个移动终端11(图2中只以一个移动终端11示意)，所述主机1与所述移动终端11无线通信，以将处理得到的光伏阵列功率结果发送至所述移动终端。

在本实用新型的一个实施例中，提供了一种光伏阵列功率分析方法，如图3所示，所述分析方法包括以下步骤：

S1、利用各个测量单元分别采集光伏阵列的输出电压、电流、表面辐照和背板温度信息；

S2、各个测量单元与协调器无线通信连接，所述协调器接收所述输出电压、电流、表面辐照和背板温度信息，并在协调器上设置功率温度系数，具体的信息无线传输方式参见上述实施例及图4-图6，在此不再赘述。

S3、所述协调器根据所述输出电压、电流、表面辐照、背板温度信息及功率温度系数，通过以下公式计算光伏阵列折算到标准状态下的功率：

其中，P_STC为折算到标准状态下的光伏阵列功率，U为光伏阵列输出电压，I为光伏阵列输出电流，I_rr为光伏阵列表面辐照，T₂为光伏阵列背板温度，T₁为标准状态温度，γ为功率温度系数。

进一步地，所述各个测量单元包括设置在所述光伏阵列背板上的辐照测量单元、设置在所述光伏阵列背板上的温度探头、设置在所述光伏阵列的输出电路上的电压测量单元和设置在所述光伏阵列的输出电路上的电流测量单元；所述协调器与各个测量单元之间通过Zigbee、WiFi或蓝牙无线通信连接，其中，Zigbee无线通信方式为优选方案。

在步骤S3之后，还包括以下步骤S4：所述协调器将折算到标准状态下的光伏阵列功率通过有线的方式发送至显示单元，或者通过无线的方式发送至远程客户端。

本实用新型涉及一种光伏阵列功率分析仪及功率分析系统，功率分析仪包括主机以及与主机无线连接的无线辐照度采样传输模块、无线温度采样传输模块、无线电压采样传输模块及无线电流传输模块，所述无线辐照度采样传输模块采集光伏阵列的表面辐照、无线温度采样传输模块采集温度信号、无线电压采样传输模块采集电压信号及无线电流传输模块采集电流信号；所述主机上还设有用于输入功率温度系数的组件温度系数输入模块，所述主机由此计算光伏阵列的功率。本实用新型提供了一种无线测量多种物理量的综合测试计算设备，所有的物理量的测量都是通过无线传输，不必考虑主机回路的测试限制，可编程性和扩展性能好。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种光伏阵列功率分析仪，用于分析光伏阵列的功率，其特征在于，所述功率分析仪包括主机(1)、无线辐照度采样传输模块(4)、无线温度采样传输模块(5)、无线电压采样传输模块(2)及无线电流传输模块(3)，所述无线辐照度采样传输模块(4)、无线温度采样传输模块(5)、无线电压采样传输模块(2)和无线电流传输模块(3)均与所述主机(1)无线连接；

所述无线辐照度采样传输模块(4)与设置在所述光伏阵列背板上的辐照测量单元(8)连接，所述无线温度采样传输模块(5)与设置在所述光伏阵列背板上的温度探头(9)连接，所述无线电压采样传输模块(2)与设置在所述光伏阵列的输出电路上的电压测量单元(6)连接，所述无线电流传输模块(3)与设置在所述光伏阵列的输出电路上的电流测量单元(7)连接；

所述主机(1)上还设有组件温度系数输入模块，所述主机(1)根据无线辐照度采样传输模块(4)采集的表面辐照值、无线温度采样传输模块(5)采集的温度值、无线电压采样传输模块(2)采集的电压值及无线电流传输模块(3)采集的电流值，以及所述组件温度系数输入模块输入的温度系数，得到所述光伏阵列的功率。

2.根据权利要求1所述的光伏阵列功率分析仪，其特征在于，所述主机(1)为Zigbee协调器，所述无线辐照度采样传输模块(4)、无线温度采样传输模块(5)、无线电压采样传输模块(2)和无线电流传输模块(3)与所述主机(1)之间通过Zigbee无线通信。

3.根据权利要求1所述的光伏阵列功率分析仪，其特征在于，所述无线辐照度采样传输模块(4)、无线温度采样传输模块(5)、无线电压采样传输模块(2)和无线电流传输模块(3)与所述主机(1)之间通过WiFi或蓝牙无线通信。

4.根据权利要求1所述的光伏阵列功率分析仪，其特征在于，所述功率分析仪还包括与所述主机(1)电连接的显示单元(10)，其用于显示经所述主机(1)处理得到的光伏阵列功率结果，及/或

所述主机(1)还用于与一个或多个移动终端(11)无线通信，以将处理得到的光伏阵列功率结果发送至所述移动终端(11)。

5.根据权利要求1所述的光伏阵列功率分析仪，其特征在于，所述电压测量单元(6)并联在所述光伏阵列的输出电路上。

6.根据权利要求1所述的光伏阵列功率分析仪，其特征在于，所述电流测量单元(7)串联在所述光伏阵列的输出电路上。

7.一种光伏阵列功率分析系统，用于分析光伏阵列的功率，其特征在于，所述功率分析系统包括设置在所述光伏阵列背板上的辐照测量单元(8)、设置在所述光伏阵列背板上的温度探头(9)、设置在所述光伏阵列的输出电路上的电压测量单元(6)、设置在所述光伏阵列的输出电路上的电流测量单元(7)以及如权利要求1-6中任意一项所述的光伏阵列功率分析仪。

8.根据权利要求7所述的光伏阵列功率分析系统，其特征在于，所述功率分析系统还包括一个或多个移动终端，所述主机(1)与所述移动终端无线通信，以将处理得到的光伏阵列功率结果发送至所述移动终端。

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