CN212433937U - 移动应用终端智能光伏组件监测报警系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了移动应用终端智能光伏组件监测报警系统，在所述移动应用终端的受光照部位安装有光伏组件以及用于监测和分析所述光伏组件发电性能的监测系统以及对异常信息进行警示的报警系统，所述监测系统包括智能接线盒和数据采集分析器，所述智能接线盒实时采集每块组件的电流、电压、功率、温度、发电量和累计发电量信息并传输给数据采集分析器，数据采集分析器通过预设的判断条件，判断每块光伏组件是否存在故障，并将故障信息发送至移动应用终端。本实用新型为光伏组件安全有效地地运用于各类移动应用终端，如大巴车提供了一种解决方案，拓宽了太阳能的应用领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光伏系统的监测报警系统,尤其涉及一种移动应用终端智能光伏组件监测报警系统,属于光伏系统应用技术领域。
背景技术
太阳能作为一种清洁、可再生的能源，应用的场景和范围正在不断地被拓宽。如，应用在各类具有较大的顶部面积的运载工具上，如大巴车，为其运行提供全部或部分能源，是有效地缓解能源危机的一个重要应用领域。
目前，尚未有车用大巴光伏监控系统的案例，主要原因是目前光伏系统在大巴上的应用尚未开发推广。光伏组件监控系统目前主要以工商业和电站用的比较多。在其他领域使用的光伏监测系统以光伏逆变器或控制器为载体，监测整串电路中的异常情况，监控单元组件数量过大，没法精确到每一块组件。传统光伏监控系统安装于固定建筑，无需考虑震动问题。在传统光伏系统中，光伏组件安装位置固定，环境不会发生较快的变化。另外有气象站作为环境测量标准。所以光伏组件是否正常工作的判断方式也相对简单，只需通过光照条件计算各项参数范围，再判断每块组件的参数是否在该范围内。
但对于大巴来说，需要对每一块组件进行有效监控，以保障车辆安全。以及车辆震动对于监测系统有很大考验。另外，组件安装于行驶的大巴上，有各种各样的未知条件。路边或者建筑产生的阴影会使每块相同功率的组件发电不同。车速(风速)的变化和组件安装的位置(空调排风口处、车头处、车尾处)都会对组件温度有不同的影响。与传统电站不同，车顶也没有条件安装气象站，没有环境测量的标准。所以对于大巴光伏车顶来说，准确的判断异常困难。因此，大巴车顶光伏组件的智能监测和报警，将成为光伏系统应用于大巴车等移动物体上的关键性技术。
发明内容
本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种移动应用终端智能光伏组件监测报警系统，在将光伏系统应用到大巴车顶的同时，加入组件监控报警系统，以满足车用安全的需求；同时，兼顾考虑车体运动中多变的环境问题，避免在短时间的环境变化中影响判断，产生误报警。
为此，本实用新型采用如下技术方案：
移动应用终端智能光伏组件监测报警系统，其特征在于：在所述移动应用终端的受光照部位安装有光伏组件以及用于监测和分析所述光伏组件发电性能的监测系统以及对异常信息进行警示的报警系统，所述监测系统包括智能接线盒和数据采集分析器，所述智能接线盒实时采集每块组件的电流、电压、功率、温度、发电量和累计发电量信息并传输给数据采集分析器，数据采集分析器通过预设的判断条件，判断每块光伏组件是否存在故障，并将故障信息发送至移动应用终端。
进一步地，所述智能接线盒通过有线或者无线的方式将光伏组件每秒数据传给数据采集分析器。
进一步地，所述智能接线盒内设置有微控制单元MCU，A/D采样电路、存储单元、电源转换模块以及无线通讯模块ZigbeeANT，A/D采样电路包括电流采集模块、电压采集模块、温度采集模块、功率采集模块、发电量采集模块，A/D采样电路采集的信息传输给微控制单元MCU，并通过无线通讯模块ZigbeeANT传输给数据采集分析器。
本实用新型的有益效果在于：
针对移动应用终端的特点，实用新型一种适用于移动应用终端的智能光伏组件监测报警系统，为光伏组件安全有效地地运用于各类移动应用终端，如大巴车提供了一种解决方案，拓宽了太阳能的应用领域。
本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是本实用新型中智能接接线盒系统的原理图；
图2为本实用新型中数据采集分析器的结构框图；
图3为本实用新型实施例中一种尺寸的光伏组件背部测温点的位置示意图；
图4为本实用新型实施例中另一种尺寸的光伏组件背部测温点的位置示意图；
图5为本实用新型为本实用新型实施例中光伏组件在大巴车顶的分布图；
图6为本实用新型实施例具体测试的路线图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行进一步说明。
本实用新型的移动应用终端智能光伏组件监测报警系统，以大巴车为例进行说明，本实施例提供一种应用于大巴车受光照部位的智能光伏组件监测报警系统，在本实施例中，光伏组件安装与大巴车的顶部，如图5所示，在大巴车顶安装有8块光伏组件，其中，编号为1-6的组件尺寸相同，且所处的运行环境也基本无差别，分为一组；编号为7-8的组件，尺寸是编号为1-6的组件的一半，且位于大巴车顶部的空调出风口的两侧，分为另一组。
所述监测系统包括智能接线盒和数据采集分析器，所述智能接线盒实时采集每块组件的电流、电压、功率、温度、发电量和累计发电量信息并传输给数据采集分析器，数据采集分析器通过预设的判断条件，判断每块光伏组件是否存在故障，并将故障信息发送至移动应用终端。智能接线盒和数据采集分析器可以采用现有技术中智能接线盒和数据采集分析器。
如图1所示，所述智能接线盒的核心控制模块主要由旁路二极管，电源转换电路，A/D采样电路，MOS管驱动，以及ZigBee收发装置构成。其内置的旁路二极管在组件失配时可提供一条直流通路。正常工作时，由板载电源转换电路对组件输出降压提供合适的工作电压，MCU通过自身的多路模数转换电路将组件工作时发电参数转换为数字量，并通过ZigBee通信模块发送至数据采集器。
硬件设计上采用平衡式差分放大电路采集组件电压、电流，具有极高的运算精度与共模抑制比，开关部分采用超低导通阻抗N沟道金属氧化物功率MOS管降低导通损耗与发热量。
软件设计采用Z-stack OSAL轮询式操作系统管理任务事件，简化应用层系统设计，数据采样使用了均值滤波与冒泡排序算法提高转换精度，通信时采用32位循环冗余校验算法，提升了系统的数据传输准确性。
通信方面，采用ZigBee无线通信自组网技术，具有较低的待机与发射功耗，结合其自身的网络路由及多跳组网功能，不仅适用于小型分布式及家庭户用光伏电站，还可应用到大型分布式及地面电站中，省去繁杂的通信线路，使得电站的运维变得更加简单高效。
如图2所示，所述数据采集分析器包括：MCU最小系统、GPRS通信模块、SPI闪存卡、SIM卡接口、BEBUG口、LDO降压电路、锂电池充放电电路、RS232/RS485电路，输入输出接口、天线接口等。
本实用新型中，数据采集分析器的关键技术主要有：
远端通信采用高性能工业级四频GSM/GPRS模块，其内嵌TCP/IP协议，简化通信设计，提高系统的稳定性与可靠性；
电源电路采用防止浪涌设计，具有高频干扰滤波器，增强系统的稳定性；
射频天线走线严格按照50Ω阻抗控制方法设计，远离强干扰源，具备稳定的无线信号通信能力；
远程下载固件程序包时采用断点续传、分块传输的技术，通过对文件流进行精确的操作，大大提高了远程更新程序的成功率；
采用FTP及HTTP文件传输技术、文件存储技术、IAP在应用编程技术，实现在线远程更新固件程序的功能。
智能接线盒通过有线或者无线的方式将光伏组件每秒数据传给数据采集分析器。
使用本实用新型的移动应用终端智能光伏组件监测报警系统的监测报警方法如下：通过所述智能接线盒实时采集每块组件的电流、电压、功率、温度、发电量和累计发电量信息并传输给数据采集分析器，数据采集分析器通过预设的判断条件，判断每块光伏组件是否存在故障，并将故障信息以报警的形式发送至移动应用终端。
同样地，以大巴车为例进行说明。
如图5所示，在大巴车顶安装有8块光伏组件，其中，编号为1-6的组件尺寸相同，且所处的运行环境也基本无差别，分为一组；编号为7-8的组件，尺寸是编号为1-6的组件的一半，且位于大巴车顶部的出风口位置，分为另一组。
所述预设的判断条件，即监测的内容，包括：
各光伏组件以及光伏组件整体的输出电压、各光伏组件以及光伏组件整体的输出电流、各光伏组件的温度、各光伏组件以及光伏组件整体的输出电功率、各光伏组件以及光伏组件整体的发电量以及每块组件的故障，包括：欠压、过压、过热、通讯故障。
其中：
1、温度的检测与判断：首先在各组件背面选取多个点作为检测点，具体地，在组件的背面选取5个测温点，其中的一个测温点为组件的中心，编号为1-6的组件，如图3所示；编号为7-8的组件，如图4所示。在上述5个测温点上安装温度传感器，进行温度测量并判断。具体地，测量5个点温度，计算平均值。如果某点温度超过平均值20％，判定为组件过温A。
编号1—6组件某点温度超75摄氏度判定为过温B；编号7、8某点温度超100摄氏度判定为过温B。由于7、8组件安装于空调出风口两侧，在运行过程中7、8组件温度较高(外机出口温度约43度以上，加上组件自身发电发热，过温定义为超过100度)
如果某点同时被判定为过温A、过温B，且持续3天，则报过温警报。
2、发电量的检测与判断：
发电量检测：由于光伏系统安装于车顶，阴影遮挡由建筑物、交通标志、树荫等产生。所以以往组件异常判断不能单单由电压、电流过低来判断，必须由一段时间的发电量来判断。
编号1—6的组件大小相同，分为一组。前7日累计发电量计算，去掉发电量最低的两块组件算其他组件的平均值。将这6块组件的前7日累计发电量与该计算平均值相比，低于平均值20％以下的组件定义为发电量过低；
其中，累计发电量是按第1-7天，第2-8天，第3-9天累计，每天检测一次。
编号7、8两块组件功率是其他组件的一半，所以将7、8号组件7天发电量分别翻倍，然后与1-6组件平均值做比较，如果低于平均值的25％则定义为发电量过低。
连续3天检测都低于平均值20％(编号1-6的组件)或者25％(编号7-8的组件)则发出发电量偏低警报。
3、电压的检测与判断：
由于阴影遮挡问题，电压异常判断有一定难度，不容易确定是组件本身问题导致电压降低还是阴影遮挡导致。在这里，需要结合温度参数一起判断。
组件过压故障：编号1-6组件任意一块组件电压大于40.8×[1+(Tpv_min-25)×-0.26％]V，并持续30分钟以上时，该组件发出过压故障信号；编号7、8组件任意一块组件电压大于20.4×[1+(Tpv_min-25)×-0.26％]V，并持续30分钟以上时，该组件发出过压故障信号。
其中Tpv_min是每块组件5个测温点的最低温度；组件的开路电压温度系数是-0.26％/℃。
组件欠压故障：编号1-6组件任意一块组件在光伏系统工作，电压小于11×[1+(Tpv_max-25)×-0.26％]V或者33.85×[1+(Tpv_max-25)×-0.26％]×85％V时，并且连续持续7日，该组件发出欠压异常故障信号；编号7、8组件任意一块组件在光伏系统工作，电压小于5×[1+(Tpv_max-25)×-0.26％]V或者小于16.92×[1+(Tpv_max-25)×-0.26％]×85％V时且连续持续7日时，该组件发出欠压异常故障信号。
其中Tpv_max是每块组件5个测温点的最高温度；组件的开路电压温度系数是-0.26％/℃。注意，这里的连续7日是指当天欠压情况出现时，连续7天不间断都出现了欠压情况，才能上报欠压。是一个每天都需要检测和追溯的过程。之所以要连续7天欠压，是因为单次欠压情况可能是因为阴影遮挡导致暂时性欠压。
欠压警报主要是因为组件在车顶，维护人员不方便到车顶查看组件情况。防止因为车顶组件因为部分遮挡(湿报纸、杂志、树叶或者长久积灰堆积于车顶组件上)，导致热斑形成引发火灾。一旦有组件欠压警报，维护人员需要去车顶排查。
4、DCDC侧报警设定：
DCDC光伏侧过压：DCDC光伏侧电压高于350V，并且持续1小时以上，报高压警报。
DCDC过温警报：DCDC超80℃，向大巴发出过温警报；
DCDC过冷警报：DCDC低于-15℃，向大巴发出低温警报；
DCDC电池侧过压警报：电压超过750V(不同车型，电压不同，具体根据车型设计)，向大巴发处电池侧过压警报；
DCDC电池侧过流：大于15A，保持30s(不同车型，电压不同，具体根据车型设计)，向大巴发处电池侧过流警报；
DCDC光伏侧预充失败警报：DCDC内部有直流继电器连接到光伏侧，如果此预充模块失效或不成功报此故障；
DCDC的IGBT保护警报：IGBT保护失效，DCDC不能正常工作，需要立即断使能。
5、故障等级：
大巴报警按照严重程度分为三个等级：一级故障、二级故障和三级故障，严重程度依次降低。上报故障内容如下：
一级故障：
上报内容：PV1--PV8过温、DCDC的IGBT保护；
上报周期：即时；
二级故障：
上报内容：DCDC过流、DCDC光伏侧预充失败；
上报周期：因故停机10分钟以上不能自恢复，开始上报；
三级故障：
上报内容：PV1--PV8通信故障、DCDC过热、DCDC光伏侧过压、DCDC过冷、DCDC电池侧过压、DCDC电池侧欠压、PV1—PV8发电量过低警报；
上报周期：因故停机10分钟以上不能自恢复，开始上报；
其中，一级故障会立即发至大巴驾驶仪表盘上，一级警报一旦报出，大巴将断使能，不能行使。二、三级故障不会对大巴正常运行受影响，将报到后台。长期报出二、三级故障将进行检修。
6、保护使能：只有在DCDC使能的情况下才上报故障。
下面以具体的路面实测为例进行进一步详细的说明，实测的路线如图6所示，进行循环测试，路程环境包括树荫(一侧无规则遮挡)、电线遮挡(线性遮挡)、高架阴影遮挡(全部遮挡或大部分遮挡)和无遮挡等不同的路况。
测试时间：20天；
每天测试路程：53km，如图6，一圈5.3km，被测对象每天运行10圈；
测试方法：每天每个整点，从上午8点开始，到下午17点。一共10个整点，共跑10圈(每圈大约10分钟)，其他时间大把车停在敞开式的停车场内。
首先车顶组件均为检验合格组件；
温度测试：此测试在夏天(7-9月)，测试20天，如可以是7月19日至8月7日；组件在正常工作时温度范围在24至79度；如下表1记载：
表1：各组件在第一个20天内的温度测试值
此期间内，温度均在过温警报以下，因此监控系统无警报发出。
当将编号5的组件换成不合格组件(其中一串有若干片隐裂和断线)时，继续进行温度测试，测试时间20天，如可以是8月13日至9月1日；各块组件测试结果如下表2：
表2：各组件在第二个20天内的温度测试值
| 组件编号 | 最高温度 | 最低温度 | 平均温度 |
| 1 | 64.7 | 24.8 | 49.6 |
| 2 | 66.0 | 25.4 | 51.3 |
| 3 | 67.2 | 25.2 | 50.7 |
| 4 | 66.6 | 26.3 | 50.2 |
| 5 | 80.1 | 25.1 | 55.4 |
| 6 | 66.3 | 25.0 | 49.2 |
| 7 | 73.4 | 26.4 | 57.5 |
| 8 | 74.5 | 25.6 | 58.1 |
大巴车在5号组件温度超过75度时，切断使能。光伏系统端由在dcdc出断开。
发电量判断：
检验合格组件发电量测试：测试时间为20天，如可以是7月19日至8月7日，测试结果如下表3-9：各组件在第一个20天内的发电量测试值：
表3：
表4：
表5：
表6：
表7：
表8：
表9：
由于在行驶过程中，大巴靠右侧的光伏组件，即编号8的组件下降明显。但差异比例还在20％以内，是正常范围内的发电量偏低，不是组件本身质量问题导致(判断条件：没有低于-25％)，所以不会发出发电量偏低警报。
同样，在5号组件被替换之后，测试时间仍为20天，如可以是7月19日至8月7日，测试结果如下表10-16：各组件在第二20天内的发电量测试值：
表10：
表11：
表12：
表13：
表14：
表15：
表16：
可以看出，被替换的5号组件相比于其他组件有明显的发电量下降问题。按照7日累计发电量平均值的计算方法，发电量最低的两块组件不计入平均值中，使得平均值作为一个基准发电量来说会更加准确。
以最后一周为例，
编号5的组件连续3天的7天累计发电量低于25％时，系统就会向大巴发出发电量过低的三级故障。
电压判断：
电压数据每1s测一次，连续7天。以某一刻的数据为例，举例进行说明：
如：2019年8月2日12:03:10数据(合格组件)，各组件的电压值如下表17：
表17：某一时刻各组件的电压值
2019年8月3日12:03:10数据，其中，5号不合格，组件表面被异物遮挡，此时，各组件的电压值如下表18：
表18：另一时刻下各组件的电压值
并且，实测电压7天都有欠压的现象发生，因此欠压警报响起。不同于其他组件，大巴在行驶过程中其他组件有时会欠压，是因为树荫或者其他阴影遮挡。待大巴开至停车场，无阴影，电压恢复正常，达不到7天连续欠压的情况，所以不会向大巴报欠压警报。
其中，编号1-6的组件电压上限计算方式：
40.8×[1+(组件最低温度-25)×-0.26％]V；
编号7、8电压上限计算方式：
20.4×[1+(组件最低温度-25)×-0.26％]V；
编号1-6电压下限计算方式：
11×[1+(组件最高温度-25)×-0.26％]V或33.85×[1+(组件最高温度-25)×-0.26％]*85％V；
编号7、8电压下限计算方式：
5×[1+(组件最高温度-25)×-0.26％]V或16.92×[1+(组件最高温度-25)×-0.26％]*85％V；
以上所有数据都由后台检测后得到。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神。
Claims (3)
1.移动应用终端智能光伏组件监测报警系统，其特征在于：在所述移动应用终端的受光照部位安装有光伏组件以及用于监测和分析所述光伏组件发电性能的监测系统以及对异常信息进行警示的报警系统，所述监测系统包括智能接线盒和数据采集分析器，所述智能接线盒实时采集每块组件的电流、电压、功率、温度、发电量和累计发电量信息并传输给数据采集分析器，数据采集分析器通过预设的判断条件，判断每块光伏组件是否存在故障，并将故障信息发送至移动应用终端。
2.根据权利要求1所述的移动应用终端智能光伏组件监测报警系统，其特征在于：所述智能接线盒通过有线或者无线的方式将光伏组件每秒数据传给数据采集分析器。
3.根据权利要求1所述的移动应用终端智能光伏组件监测报警系统，其特征在于：所述智能接线盒内设置有微控制单元MCU，A/D采样电路、存储单元、电源转换模块以及无线通讯模块ZigbeeANT，A/D采样电路包括电流采集模块、电压采集模块、温度采集模块、功率采集模块、发电量采集模块，A/D采样电路采集的信息传输给微控制单元MCU，并通过无线通讯模块ZigbeeANT传输给数据采集分析器。
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202021786156.4U Active CN212433937U (zh) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | 移动应用终端智能光伏组件监测报警系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN212433937U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111882837A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-11-03 | 天合光能股份有限公司 | 移动应用终端智能光伏组件监测报警系统及方法 |
| TWI788063B (zh) * | 2021-10-22 | 2022-12-21 | 魏星電機技術顧問有限公司 | 太陽能保護系統 |
-
2020
- 2020-08-24 CN CN202021786156.4U patent/CN212433937U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111882837A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-11-03 | 天合光能股份有限公司 | 移动应用终端智能光伏组件监测报警系统及方法 |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20220310 Address after: 213000 No. 69 Liuyanghe Road, Xinbei District, Changzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Jiangsu Tianhe lantu New Energy Technology Co.,Ltd. Address before: 213031 Tianhe PV Industrial Park No. 2, Xinbei District, Changzhou, Jiangsu Patentee before: TRINA ENERGY STORAGE SOLUTIONS (JIANGSU) CO.,LTD. |
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