CN217240667U - 一种基于辐照度比值的光伏功率监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于辐照度比值的光伏功率监测系统；其中包括：通过光伏板支架倾斜设置的在地面上太阳能光伏板和两个安装于光伏板支架上辐照度功率监测装置；其中一个辐照度功率监测装置水平设置于太阳能光伏板后方；另一个辐照度功率监测装置倾斜设置于太阳能光伏板的一侧，倾斜角度与太阳能光伏板一致；所述辐照度功率监测装置中的辐照度传感器、辐照仪和步进电机安装于盒式透明壳体中；两个相同的辐照度传感器中的一个辐照度传感器位于可变光阑中心的正下方，另一个辐照度传感器位于非可变光阑覆盖的任意无遮挡的区域中。本实用新型通过两个不同的辐照度功率监测装置中玻璃两种表面下的辐照强度值对比，有效监测光伏组件积灰状态。

Description

一种基于辐照度比值的光伏功率监测系统

技术领域

本实用新型属于测量技术领域，具体为一种基于辐照度比值的光伏功率监测系统。

背景技术

发展光伏产业，对调整能源结构、推进能源生产和消费革命、促进生态文明建设具有重要意义。同时，荒漠地区以其地域广阔、太阳辐射量大及日照时间长的特点，吸引了大批光伏企业。

但，随着光伏并网发电运行，光伏电站的后期的持续高效运行的维护问题日显突出。由于荒漠地区风沙大、降水少，这给光伏产业带来了较平原地区更为严峻的新问题——电池表面大量积灰或积雪严重制约光伏发电效率。

在判断积灰或积雪的程度时，特别是在降雪天气中，由于荒漠地区风力的等原因，与地面夹角小于30°的太阳能光伏板会出现上下部积雪差距较大的情况，且通常是上部大半部分无积雪，光伏板的最下方靠近地面的附近区域会产生不同程度的积雪；从而产生难以判断整个光伏板实际遮挡的问题。

因此急需一种体积小、低成本的光伏组件，对太阳能光伏板全年的积尘或降雪遮挡情况进行监测产品。

实用新型内容

针对背景技术中存在的问题，本实用新型提供了一种基于辐照度比值的光伏功率监测系统，通过将洁净表面和积灰后表面下的辐照强度值对比，有效监测光伏组件积灰状态，其特征在于，包括：通过光伏板支架倾斜设置的在地面上太阳能光伏板和两个安装于光伏板支架上辐照度功率监测装置；其中一个辐照度功率监测装置水平设置于太阳能光伏板后方；另一个辐照度功率监测装置倾斜设置于太阳能光伏板的一侧，倾斜角度与太阳能光伏板一致；

所述辐照度功率监测装置包括：盒式透明壳体、超白压花钢化玻璃、两个相同的辐照度传感器、直齿锥齿轮组、可变光阑、辐照仪、步进电机、锂电池和单片机，其中辐照度传感器、辐照仪和步进电机安装于盒式透明壳体中；超白压花钢化玻璃与盒式透明壳体的上端边缘固接；步进电机通过直齿锥齿轮组与拨杆相连并带动可变光阑的拨杆转动；辐照度传感器的信号接口和电力接口分别通过电线与辐照仪和锂电池相连，步进电机和辐照仪同时与锂电池和单片机相连；

所述两个相同的辐照度传感器中的一个辐照度传感器位于可变光阑中心的正下方，另一个辐照度传感器位于非可变光阑覆盖的任意无遮挡的区域中。

所述辐照度传感器的检测端紧贴超白压花钢化玻璃。

水平的辐照度功率监测装置的高度与太阳能光伏板上沿所处的水平面的距离为25cm。

所述单片机还通过信号转换接口与外部光伏电站的网桥相连。

所述步进电机通过直齿锥齿轮组与拨杆相连的方式为：可变光阑外通过轴承安装有大直齿锥齿轮，与大直齿锥齿轮啮合的小直齿锥齿轮安装在步进电机的输出轴外，步进电机的输出轴伸出半封闭式壳体外；拨杆与大直齿锥齿轮固接，拨杆的旋转轴与大直齿锥齿轮的轴线共线。

所述半封闭式壳体设有划分两个辐照度传感器发射区域的“T”形透明隔板。

本实用新型的有益效果在于：

1.通过两个不同的辐照度功率监测装置中超白压花钢化玻璃洁净表面和积灰或落雪后表面下的辐照强度值对比；并结合前期大量可靠的实验数据，有效监测光伏组件积灰状态，为光伏电站的清洗提供建议，根据辐照度功率监测装置数据来合理安排清洗时间，有效提高光伏电站的清洗效益。

2.辐照度功率监测装置尺寸小巧，成本低廉，关键部件封装在外壳内，避免沙漠等恶劣环境造成设备损坏。

附图说明

图1为本实用新型一种基于辐照度比值的光伏功率监测系统实施例的结构示意图的主视示意图；

图2为本实用新型实施例的后视示意图；

图3为本实用新型实施例的主视示意图；

图4为本实用新型实施例的俯视示意图；

图5为本实用新型实施例隐藏可变光阑和大直齿锥齿轮后的俯视示意图；

图6为本实用新型实施例的侧视示意图。

其中：1-辐照度传感器，2-盒式透明壳体，3-可变光阑，4-辐照仪，5-电动机，6-锂电池，8-“T”形透明隔板，9-超白压花钢化玻璃，10-单片机，201-小直齿锥齿轮，202-大直齿锥齿轮，301-环形支架，302-叶片，303-拨杆，600-太阳能光伏板，700-光伏板支架，800-辐照度功率监测装置。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示的本实用新型实施例，包括：通过光伏板支架700倾斜设置的在地面上太阳能光伏板600和两个安装于光伏板支架上辐照度功率监测装置800；其中一个辐照度功率监测装置800水平设置于太阳能光伏板600后方(下文称水平的辐照度功率监测装置800)，超白压花钢化玻璃9方向朝上，且接收光源无遮挡；另一个辐照度功率监测装置800倾斜设置于太阳能光伏板600的一侧(下文称倾斜的辐照度功率监测装置800)，且超白压花钢化玻璃9的倾斜角度和朝向、与太阳能光伏板一致。

工作时，由于设置大量太阳能光伏板600的太阳能发电站通常处于空旷区域，风力和沙尘均较大，昼夜温差大，导致结露现象严重，部分北方地区冬季积雪严重，而本实施例中的辐照度功率监测装置800属于无需人看管的小型设备；因为专门在太阳能光伏板600的后方还设置有对照用的水平的辐照度功率监测装置800，虽然表面灰尘的积累程度较倾斜的辐照度功率监测装置800更差，但是在降雪后可以更好的模拟光伏板下方积雪较多区域的被覆盖程度，从而给判断光伏电站是否需要清洁带来更全面的数据。

在本实施例中，水平的辐照度功率监测装置800的高度不高于太阳能光伏板600，具体的，与太阳能光伏板600上沿所处的水平面的距离为25cm；由于侧风和光伏板支架700后方的紊流等情况水平的辐照度功率监测装置800会保持一个，但较而言更接近光伏板支架700最下方区域的实际积雪覆盖的情况；

如图3～图6所示的辐照度功率监测装置800包括：盒式透明壳体2、超白压花钢化玻璃9、两个相同的辐照度传感器1、直齿锥齿轮组、可变光阑3、辐照仪4、步进电机5、锂电池6和单片机10，其中盒式透明壳体2为上方开口的直平行六面体，辐照度传感器1、辐照仪4和步进电机5安装于盒式透明壳体2中；超白压花钢化玻璃9与盒式透明壳体2的上端边缘固接，形成一个相对封闭且灰尘难以进入的盒式空间；步进电机5通过直齿锥齿轮组与拨杆303相连并带动可变光阑的拨杆303转动；安装时，辐照度传感器1的上端(检测端)紧贴超白压花钢化玻璃9，辐照度传感器1的信号接口和电力接口分别通过电线与辐照仪4和锂电池6相连，步进电机5和辐照仪4同时与锂电池6和单片机10相连；

两个辐照度传感器1中的一个辐照度传感器1位于可变光阑3中心的正下方，另一个辐照度传感器1位于非可变光阑覆盖的任意无遮挡的区域中；用于接收灰尘覆盖区域的信号，以模拟太阳能光伏板的积灰程度；同时另一辐照度传感器1的数据进行对比；单片机10还通过信号转换接口与外部光伏电站的网桥相连。

工作时，辐照度传感器1将所测数据实时传输到辐照仪和网桥，辐照仪显示器显示实时测量数据用于检修时对数据的实时核对；操作人员操作与网桥相连的电脑中记录了数据以用于比对和未来对光伏板周期性的清洁方案的制定提供参考。

可变光阑3包括：外侧的环形支架301、内侧的若干叶片302、叶片导轨(图中未示出)、转动环(图中未示出)和拨杆303，其中转动环卡装于环形支架301的环形槽内，且可以在环形支架301中转动；转动环在同一半径范围内，均匀固接有多个拨柱；拨杆303固接在转动环外用于拨动旋转转动环(插入预先开孔并焊接)；

叶片302由伸入环形支架301内用于遮挡光线的头部、设置在环形支架301内用于改变叶片302朝向的尾部组成，叶片302的尾部上固接有叶片转轴，尾部的外沿设有伸出的拨片部；在环形支架301的一侧，沿周向均匀设有多个叶片导轨，叶片302的叶片转轴设置在在叶片导轨内；转动拨柱时，转动环和拨柱同时旋转并带动拨片部使得各叶片302同时围绕其叶片转轴旋转，并使得叶片302头部逐渐收入环形支架301内，使得环形支架301内部的空间可以让更多的光纤穿过；在旋转的过程中，叶片转轴在叶片导轨行进以更好的将头部收入环形支架301之内。

在本实施例中，直齿锥齿轮组包括：小直齿锥齿轮201和大直齿锥齿轮202；大直齿锥齿轮202为一整个环形锥齿轮，因此，步进电机5通过直齿锥齿轮组与拨杆303相连的方式为：可变光阑外通过轴承安装有大直齿锥齿轮202，与大直齿锥齿轮202啮合的小直齿锥齿轮201安装在步进电机的输出轴外，步进电机的输出轴伸出半封闭式壳体外；拨杆303与大直齿锥齿轮202固接，拨杆303的旋转轴与大直齿锥齿轮202的轴线共线；

在本实施例中，锂电池6通过支架固定于半封闭式壳体的一侧外；容易理解的是，如果空间足够，也可以设置于半封闭式壳体内，但不应对辐照度传感器1的采光产生直接的影响。

在本实施例中，拨杆303的轴线设置于转动环的一径线重合，转动环和环形支架301的轴线共线；

在本实施例中，盒式透明壳体2的尺寸为45mm*50mm*15mm；

在本实施例中，使用的可变光阑为日新公司的型号为SK50的可变光阑，其中支架规格为外圆76.5mm，厚度7.1mm；叶片为11片，叶片所形成的内孔的遮挡范围为2～50mm；

在本实施例中，半封闭式壳体设有划分两个辐照度传感器1发射区域的“T”形透明隔板8，从而在保证外壳抗风强度的同时，尽量避免被动接收光照的辐照度传感器1之间相互间的干扰。

可变光阑3保持一侧表面玻璃相对另一侧的清洁，可变光阑3平常保持闭合只有在测量时开启；工作过程为：

需要测量时，两个辐照度功率监测装置800的单片机10同时接收操作人员由网桥发送来的需测量信号后，发送信号给步进电机带动直齿锥齿轮组使可变光阑3中的叶片302打开，

随后两个辐照度传感器1同时收集辐照度数据，太阳光透过洁净(有可变光阑3的一侧)和污损(无可变光阑3的一侧)的玻璃表面，引起下方短路电流的变化，从而在辐照仪4中显示并通过单片机12对信号进行处理后发送至光伏电站的网桥并记录；操作人员根据网桥接收到的数据来合理安排清洗时间，有效提高光伏电站的经济效益。

信号发送给网桥之后，单片机发送信号给步进电机反向旋转带动直齿锥齿轮组使可变光阑3中的叶片302闭合；直至下次接收到需测量信号。

当操作人员通过网桥接收信号并判断光伏组件的积灰状态需要清理后，先去现场对实际积灰或积雪状态进行核对。如确实进行清理作业，在后续对光伏电站进行清理时，同时清洁两个激光监控装置600上部的超白压花钢化玻璃9，以保持和光伏板表面的清洁度同步。并对辐照度功率监测装置800进行维护或更换损坏的装置。

Claims (6)

1.一种基于辐照度比值的光伏功率监测系统，其特征在于，包括：通过光伏板支架（700）倾斜设置的在地面上太阳能光伏板（600）和两个安装于光伏板支架上辐照度功率监测装置（800）；其中一个辐照度功率监测装置（800）水平设置于太阳能光伏板（600）后方；另一个辐照度功率监测装置（800）倾斜设置于太阳能光伏板（600）的一侧，倾斜角度与太阳能光伏板一致；

所述辐照度功率监测装置（800）包括：盒式透明壳体（2）、超白压花钢化玻璃（9）、两个相同的辐照度传感器（1）、直齿锥齿轮组、可变光阑（3）、辐照仪（4）、步进电机（5）、锂电池（6）和单片机（10），其中辐照度传感器（1）、辐照仪（4）和步进电机（5）安装于盒式透明壳体（2）中；超白压花钢化玻璃（9）与盒式透明壳体（2）的上端边缘固接；步进电机（5）通过直齿锥齿轮组与拨杆（303）相连并带动可变光阑的拨杆（303）转动；辐照度传感器（1）的信号接口和电力接口分别通过电线与辐照仪（4）和锂电池（6）相连，步进电机（5）和辐照仪（4）同时与锂电池（6）和单片机（10）相连；

所述两个相同的辐照度传感器（1）中的一个辐照度传感器（1）位于可变光阑（3）中心的正下方，另一个辐照度传感器（1）位于非可变光阑覆盖的任意无遮挡的区域中；

可变光阑包括：外侧的环形支架和内侧的叶片，叶片所形成的内孔的遮挡范围为2~50mm。

2.根据权利要求1所述的一种基于辐照度比值的光伏功率监测系统，其特征在于，所述辐照度传感器（1）的检测端紧贴超白压花钢化玻璃（9）。

3.根据权利要求1所述的一种基于辐照度比值的光伏功率监测系统，其特征在于，水平的辐照度功率监测装置（800）的高度与太阳能光伏板（600）上沿所处的水平面的距离为25cm。

4.根据权利要求1所述的一种基于辐照度比值的光伏功率监测系统，其特征在于，所述单片机（10）还通过信号转换接口与外部光伏电站的网桥相连。

5.根据权利要求1所述的一种基于辐照度比值的光伏功率监测系统，其特征在于，所述步进电机（5）通过直齿锥齿轮组与拨杆（303）相连的方式为：可变光阑外通过轴承安装有大直齿锥齿轮（202），与大直齿锥齿轮（202）啮合的小直齿锥齿轮（201）安装在步进电机的输出轴外，步进电机的输出轴伸出半封闭式壳体外；拨杆（303）与大直齿锥齿轮（202）固接，拨杆（303）的旋转轴与大直齿锥齿轮（202）的轴线共线。

6.根据权利要求5所述的一种基于辐照度比值的光伏功率监测系统，其特征在于，所述半封闭式壳体设有划分两个辐照度传感器（1）发射区域的“T”形透明隔板（8）。

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