CN219164525U - 光伏组件实验电站及数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种光伏组件实验电站及数据采集装置，数据采集装置包括：数据采集箱、辐照仪、温湿度计以及温度传感器。直流电表用于串联地接入到组串直流电路中。辐照仪的采光面与地面形成的夹角和光伏组件的采光面与地面形成的夹角相同。温湿度计用于采集光伏组件所处环境的环境温度与环境湿度。温度传感器用于采集光伏组件表面的温度。将工控机、直流电表、辐照仪、温湿度计与温度传感器集成设置在一起，能够同步测量和采集光伏组件直流发电数据、实时辐照数据、环境温度、环境湿度与光伏组件运行温度，形成了一套功能比较完备的光伏组件发电实验数据采集装置；此外，由于无需配合其他系统来完成采集操作，采集便捷性得以提升。

Description

光伏组件实验电站及数据采集装置

技术领域

本申请涉及光伏组件技术领域，特别是涉及一种光伏组件实验电站及数据采集装置。

背景技术

随着光伏技术的发展，不同电池、不同封装技术的光伏组件越来越多，衍生的光伏组件类型越来越多，因此，评估光伏组件的户外发电性能正在成为各生产厂家重视的事项。由于光伏组件的特性，光伏组件发电性能不仅和自身材料组成有关，还和环境数据相关，比如辐照、地面反射率、环境温度和湿度、组件运行温度等。因此，在光伏组件发电实验时，同步采集这些数据显得越来越重要。

相关技术中，光伏组件发电实验主要在实验电站内开展，实验电站设置有专门的小型气象站，用于采集辐照、地面反射率、环境温湿度等气象数据，同时设置温度采集箱，用于采集组件运行温度。

相关技术中的数据采集装置一般是结合光伏实验电站的实际情况而定制化设计，然而主要存在如下问题：一方面，相关技术中的数据采集装置仅有发电量、功率、电压、电流等发电参数的采集功能，功能不完善；另一方面，除了上述发电参数的采集外，光伏组件运行温度、辐照和地面反射率，环境温度和湿度需要另外一套系统配合进行采集，导致使用不方便。

发明内容

基于此，有必要克服现有技术的缺陷，提供一种光伏组件实验电站及数据采集装置，它能够使得功能更加完善，并能提高使用便捷性。

一种数据采集装置，所述数据采集装置包括：

数据采集箱，所述数据采集箱包括载体、设置于所述载体上的工控机以及设置于所述载体上的至少一个直流电表，所述直流电表用于串联地接入到组串直流电路中，所述直流电表与所述工控机电性连接；

辐照仪，所述辐照仪的采光面与地面形成的夹角和光伏组件的采光面与地面形成的夹角相同，所述辐照仪与所述工控机电性连接；

温湿度计，所述温湿度计用于采集所述光伏组件所处环境的环境温度与环境湿度，所述温湿度计与所述工控机电性连接；

温度传感器，所述温度传感器用于贴合于所述光伏组件的表面上，用于采集所述光伏组件表面的温度，所述温度传感器与所述工控机电性连接。

在其中一个实施例中，所述数据采集箱还包括设置于所述载体上的通讯管理模块、气象信号处理模块以及温度信号处理模块；所述通讯管理模块与所述工控机电性连接，所述通讯管理模块还分别与所述气象信号处理模块、所述温度信号处理模块电性连接；所述气象信号处理模块分别与所述辐照仪、所述温湿度计电性连接；所述温度信号处理模块与所述温度传感器电性连接。

在其中一个实施例中，所述数据采集装置还包括与所述工控机电性连接的无线传输模块，所述无线传输模块用于将所述工控机获取的数据传输给远程服务器。

在其中一个实施例中，所述辐照仪包括背向设置的正面辐照仪与背面辐照仪；所述正面辐照仪的采光面背向地面，所述背面辐照仪的采光面面向地面。

在其中一个实施例中，所述直流电表为两个以上。

在其中一个实施例中，所述数据采集箱还包括与所述直流电表的输入端电性连接的第一断路器，所述第一断路器与所述光伏组件电性连接；和/或，所述数据采集箱还包括与所述直流电表的输出端电性连接的第二断路器，所述第二断路器与所述光伏逆变器电性连接；

所述载体上还设有多个接线端子，多个所述接线端子分别与所述辐照仪、所述温湿度计、所述温度传感器电性连接。

在其中一个实施例中，所述数据采集箱还包括设置于所述载体上的电源模块，所述电源模块分别与所述工控机、所述直流电表、辐照仪、温湿度计、温度传感器电性连接。

在其中一个实施例中，所述载体为箱体，所述工控机与所述直流电表设置于所述箱体内部。

在其中一个实施例中，所述工控机包括显示屏，所述显示屏设置于所述箱体的门体上。

一种光伏组件实验电站，所述光伏组件实验电站包括所述的数据采集装置，还包括用于接入电网的光伏逆变器，以及与所述光伏逆变器电性连接的至少一个光伏发电子阵，所述光伏发电子阵包括至少一个光伏组件或串联连接的多个光伏组件，所述光伏发电子阵与所述光伏逆变器相连的电路为组串直流电路，所述直流电表串联地接入到所述组串直流电路中。

上述的光伏组件实验电站及数据采集装置，将工控机、直流电表、辐照仪、温湿度计与温度传感器集成设置在一起，能够同步测量和采集光伏组件直流发电数据、实时辐照数据、环境温度、环境湿度与光伏组件运行温度，形成了一套功能比较完备的光伏组件发电实验数据采集装置；此外，由于无需配合其他系统来完成采集操作，采集便捷性得以提升。

附图说明

图1为本申请一实施例的数据采集装置中的数据采集箱的结构图。

图2为本申请一实施例的数据采集装置的结构图。

图3为本申请一实施例的光伏组件实验电站的结构图。

图4为本申请另一实施例的光伏组件实验电站的结构图。

图5为本申请又一实施例的光伏组件实验电站的结构图。

10、数据采集箱；11、载体；111、接线端子；12、工控机；121、显示屏；13、直流电表；14、通讯管理模块；15、气象信号处理模块；16、温度信号处理模块；17、无线传输模块；181、第一断路器；182、第二断路器；19、电源模块；20、辐照仪；21、正面辐照仪；22、背面辐照仪；30、温湿度计；40、温度传感器；50、光伏发电单元；51、光伏发电子阵；511、光伏组件；52、组串直流电路；60、光伏逆变器。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术所述，相关技术中的数据采集装置有功能不完善与使用便捷性较差的问题，经发明人研究发现，出现这种问题的原因在于，光伏组件发电数据采集通常有两种方式，第一种方式是使光伏组件接入逆变器（或微逆）组成并网系统，借助逆变器自带的数据采集功能进行光伏组件运行数据采集，由于大多数逆变器的数据采集是为统计和显示设计，不属于专业的计量仪器，采集精度和频率不高，所采集的数据仅能勉强用于光伏组件发电性能对比评估。第二种方式是在光伏组件和逆变器之间串接直流测量箱，直流测量箱内设置有专用的直流计量电表，精度较高，满足了大多数的光伏组件发电数据采集的需要，但这种方式仍需要实验电站内的辐照仪、温度采集器的配合才能采集到完整的数据，对于没有辐照仪、温度采集器的实验电站场景，数据采集完整性有限，即功能不完善，使用便捷性较差。

基于以上原因，本申请提供了一种能够使得功能更加完善，并能提高使用便捷性的光伏组件实验电站及数据采集装置。

参阅图1与图2，图1示出了本申请一实施例的数据采集装置中的数据采集箱10的结构图。图2示出了本申请一实施例的数据采集装置的结构图，该图2中所示的数据采集箱10的门体隐藏了，从而示出了数据采集箱10的内部各个功能器件。本申请一实施例提供的一种数据采集装置，数据采集装置包括：数据采集箱10、辐照仪20、温湿度计30以及温度传感器40。数据采集箱10包括载体11、设置于载体11上的工控机12以及设置于载体11上的至少一个直流电表13。

其中，直流电表13用于串联地接入到组串直流电路52中，直流电表13与工控机12电性连接。需要说明的是，该组串直流电路52指的是，在光伏发电单元50的任意一个光伏发电子阵51中，一个光伏组件511与光伏逆变器60相连形成的直流电路，或者串联连接的多个光伏组件511与光伏逆变器60相连所形成的直流电路。此外，直流电表13串联接入到组串直流电路52中后，能测量并采集组串的发电量、功率、电压以及电流，相比于相关技术中直接采集光伏逆变器60的运行数据的方式而言，检测精度大大提高。

此外，辐照仪20的采光面与地面形成的夹角和光伏组件511的采光面与地面形成的夹角相同，具体而言，辐照仪20布置于光伏发电单元50的所在区域或者周围任意一个区域，并选取上方无光线遮挡的区域。辐照仪20与工控机12电性连接，从而将采集到的辐照信号传输给工控机12。

另外，温湿度计30用于采集光伏组件511所处环境的环境温度与环境湿度，并例如设置于光伏发电单元50的所在区域或者光伏发电单元50周围的任意一个区域，从而实现对光伏组件511所处环境的环境温度与环境湿度进行采集，当与光伏发电单元50所在具体位置的距离越小时，采集精度将越高。此外，温湿度计30与工控机12电性连接，从而将采集到的环境温度信号与环境湿度信号传输给工控机12。

另外，温度传感器40用于贴合于光伏组件511的表面上，用于采集光伏组件511表面的温度，温度传感器40与工控机12电性连接。可选地，温度传感器40的数量包括但不限于为一个、两个、三个、四个或其它数量。此外，温度传感器40可以是布置于其中一个或多个光伏组件511的表面上，对一个或多个光伏组件511的表面温度进行采集。

上述的数据采集装置，将工控机12、直流电表13、辐照仪20、温湿度计30与温度传感器40集成设置在一起，能够同步测量和采集光伏组件511直流发电数据、实时辐照数据、环境温度、环境湿度与光伏组件511运行温度，形成了一套功能比较完备的光伏组件511发电实验数据采集装置；此外，由于无需配合其他系统来完成采集操作，采集便捷性得以提升。

请参阅图2，在一个实施例中，数据采集箱10还包括设置于载体11上的通讯管理模块14、气象信号处理模块15以及温度信号处理模块16。通讯管理模块14与工控机12电性连接，通讯管理模块14还分别与气象信号处理模块15、温度信号处理模块16电性连接。气象信号处理模块15分别与辐照仪20、温湿度计30电性连接。温度信号处理模块16与温度传感器40电性连接。如此，工作时，辐照仪20将采集的实时辐照信号发送给气象信号处理模块15，温湿度计30将采集的光伏组件511所处环境的环境温度与环境湿度信号发送给气象信号处理模块15，通过气象信号处理模块15将实时辐照信号、环境温度信号与环境湿度信号转化成数字信号，通过通讯管理模块14进行汇总处理，并输送给工控机12。此外，温度传感器40将采集的光伏组件511表面的温度信号发送给温度信号处理模块16，通过温度信号处理模块16将温度信号转化成数字信号，并通过通讯管理模块14进行汇总处理，并输送给工控机12。

其中，气象信号处理模块15、温度信号处理模块16均支持Modbus通讯协议或其他等效通讯协议。

可选地，温度传感器40包括但不限于热电偶或PT100（又称为铂热电阻）等等，具体可以根据实际需求灵活选取与设置。

请再参阅图2，在一个实施例中，数据采集装置还包括与工控机12电性连接的无线传输模块17。无线传输模块17用于将工控机12获取的数据传输给远程服务器。如此，工控机12能将获取的数据进行存储，还能将获取的数据通过无线传输模块17传输给远程服务器，实现数据的运程采集和监控，通常支持2G、3G、4G手机通讯信号。此外，通过远程服务器对采集的数据进行存储与处理等等。

请参阅图2，在一个实施例中，辐照仪20包括背向设置的正面辐照仪21与背面辐照仪22。正面辐照仪21的采光面背向地面，背面辐照仪22的采光面面向地面。如此，正面辐照仪21的采光面朝上设置，用于采集正面辐照，根据正面辐照判断光照强度；背面辐照仪22用于采集背面辐照，通过背面辐照能判断地表反射率。

请参阅图2至图5，图3至图5示出了三个不同实施例的光伏组件实验电站的结构图。图3至图5的区别在于光伏发电单元50的具体组成不同。在一个实施例中，直流电表13为两个以上。如此，至少两个直流电表13能实现分别串联地接入到至少两个组串直流电路52中，实现对至少两个组串直流电路52（如图5所示）进行发电数据采集。当然，作为一些可选的方案，当光伏发电单元50的光伏发电子阵51设为一个（如图3或图4所示）时，直流电表13相应设为一个，并串联地接入到该光伏发电子阵51与光伏逆变器60形成的一个组串直流电路52中。

请参阅图2，在一个实施例中，数据采集箱10还包括与直流电表13的输入端电性连接的第一断路器181。和/或，数据采集箱10还包括与直流电表13的输出端电性连接的第二断路器182。第一断路器181与光伏组件511电性连接，第二断路器182与光伏逆变器60电性连接。可选地，第一断路器181例如设置于载体11上，第二断路器182例如设置于载体11上。第一断路器181与第二断路器182均起到开关的作用，以及能便于串联地接入到组串直流电路52中。此外，载体11上还设有多个接线端子111，多个接线端子111分别与辐照仪20、温湿度计30、温度传感器40电性连接，载体11上的接线端子111能便于数据采集箱10分别与辐照仪20、温湿度计30、温度传感器40电性连接在一起。

在一个实施例中，数据采集箱10还包括设置于载体11上的电源模块19。电源模块19分别与工控机12、直流电表13、辐照仪20、温湿度计30、温度传感器40电性连接。如此，电源模块19能为数据采集装置的各个功能器件提供电能，使各个功能器件能正常运转。

具体而言，电源模块19包括但不限于为直流电源，能实现将220V交流电源转化成各功能器件需要的直流供电电源。当然，电源模块19也可以是交流电源。

请参阅图1与图2，在一个实施例中，载体11为箱体，工控机12与直流电表13设置于箱体内部。如此，将工控机12与直流电表13装设于箱体内部后，箱体能起到保护作用。

具体而言，通讯管理模块14、气象信号处理模块15、温度信号处理模块16以及无线传输模块17各自均设置于箱体的内部，集成为一体，方便户用安装使用。

可选地，箱体的材质包括但不限于金属或者塑料，在此不进行限定。此外，箱体的尺寸可以根据实际需求灵活调整与设置，在此不进行限定。

请参阅图1与图2，在一个实施例中，工控机12包括显示屏121。显示屏121设置于箱体的门体上。可选地，显示屏121包括但不限于为触控屏，能将相关采集数据进行显示、储存以及调整设置，具体例如是MCGS或者组态软件和相应硬件构成的工业数据采集和控制设备。

请参阅图2至图5，在一个实施例中，一种光伏组件实验电站，光伏组件实验电站包括上述任一实施例的数据采集装置，还包括用于接入电网的光伏逆变器60，以及与光伏逆变器60电性连接的至少一个光伏发电子阵51。光伏发电子阵51包括至少一个光伏组件511或串联连接的多个光伏组件511，光伏发电子阵51与光伏逆变器60相连的电路为组串直流电路52，直流电表13串联地接入到组串直流电路52中。

其中，光伏发电子阵51既可以是如图3与图4所示的一个，也可以是如图5所示的两个，两个光伏发电子阵51相互并联设置并通过光伏逆变器60接入到电网中。

此外，光伏发电子阵51中的光伏组件511即可是如图3中所示的一个，也可以是如图4中所示的为至少两个，并依次串联地连接。

上述的光伏组件实验电站，将工控机12、直流电表13、辐照仪20、温湿度计30与温度传感器40集成设置在一起，能够同步测量和采集光伏组件511直流发电数据、实时辐照数据、环境温度、环境湿度与光伏组件511运行温度，形成了一套功能比较完备的光伏组件511发电实验数据采集装置；此外，由于无需配合其他系统来完成采集操作，采集便捷性得以提升。

在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本申请所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种数据采集装置，其特征在于，所述数据采集装置包括：

数据采集箱(10)，所述数据采集箱(10)包括载体(11)、设置于所述载体(11)上的工控机(12)以及设置于所述载体(11)上的至少一个直流电表(13)，所述直流电表(13)用于串联地接入到组串直流电路(52)中，所述直流电表(13)与所述工控机(12)电性连接；

辐照仪(20)，所述辐照仪(20)的采光面与地面形成的夹角和光伏组件(511)的采光面与地面形成的夹角相同，所述辐照仪(20)与所述工控机(12)电性连接；

温湿度计(30)，所述温湿度计(30)用于采集所述光伏组件(511)所处环境的环境温度与环境湿度，所述温湿度计(30)与所述工控机(12)电性连接；

温度传感器(40)，所述温度传感器(40)用于贴合于所述光伏组件(511)的表面上，用于采集所述光伏组件(511)表面的温度，所述温度传感器(40)与所述工控机(12)电性连接。

2.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述数据采集箱(10)还包括设置于所述载体(11)上的通讯管理模块(14)、气象信号处理模块(15)以及温度信号处理模块(16)；所述通讯管理模块(14)与所述工控机(12)电性连接，所述通讯管理模块(14)还分别与所述气象信号处理模块(15)、所述温度信号处理模块(16)电性连接；所述气象信号处理模块(15)分别与所述辐照仪(20)、所述温湿度计(30)电性连接；所述温度信号处理模块(16)与所述温度传感器(40)电性连接。

3.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述数据采集装置还包括与所述工控机(12)电性连接的无线传输模块(17)，所述无线传输模块(17)用于将所述工控机(12)获取的数据传输给远程服务器。

4.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述辐照仪(20)包括背向设置的正面辐照仪(21)与背面辐照仪(22)；所述正面辐照仪(21)的采光面背向地面，所述背面辐照仪(22)的采光面面向地面。

5.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述直流电表(13)为两个以上。

6.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述数据采集箱(10)还包括与所述直流电表(13)的输入端电性连接的第一断路器(181)，所述第一断路器(181)与所述光伏组件(511)电性连接；和/或，所述数据采集箱(10)还包括与所述直流电表(13)的输出端电性连接的第二断路器(182)，所述第二断路器(182)与光伏逆变器(60)电性连接；

所述载体(11)上还设有多个接线端子(111)，多个所述接线端子(111)分别与所述辐照仪(20)、所述温湿度计(30)、所述温度传感器(40)电性连接。

7.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述数据采集箱(10)还包括设置于所述载体(11)上的电源模块(19)，所述电源模块(19)分别与所述工控机(12)、所述直流电表(13)、辐照仪(20)、温湿度计(30)、温度传感器(40)电性连接。

8.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述载体(11)为箱体，所述工控机(12)与所述直流电表(13)设置于所述箱体内部。

9.根据权利要求8所述的数据采集装置，其特征在于，所述工控机(12)包括显示屏(121)，所述显示屏(121)设置于所述箱体的门体上。

10.一种光伏组件实验电站，其特征在于，所述光伏组件实验电站包括如权利要求1至9任一项所述的数据采集装置，还包括用于接入电网的光伏逆变器(60)，以及与所述光伏逆变器(60)电性连接的至少一个光伏发电子阵(51)，所述光伏发电子阵(51)包括至少一个光伏组件(511)或串联连接的多个光伏组件(511)，所述光伏发电子阵(51)与所述光伏逆变器(60)相连的电路为组串直流电路(52)，所述直流电表(13)串联地接入到所述组串直流电路(52)中。

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