CN220039638U - 一种应用机器学习的直散射太阳辐照测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光伏系统技术领域的一种应用机器学习的直散射太阳辐照测量装置，旨在解决现有技术中测量太阳水平面总辐射、散射辐射与直接辐射的方式成本高昂，维护繁琐等问题。其包括壳体、第一光伏组件、第二光伏组件、天线和控制系统；所述壳体为长方体形；控制系统设于所述壳体内部，采集第一光伏组件、第二光伏组件上的太阳总辐照度，进行计算；所述壳体的侧面及顶面均分布有一个所述第一光伏组件，壳体的一个侧面上还通过阻尼转轴连接有第二光伏组件；控制系统设于壳体的内腔中；天线穿通壳体上的安装孔与控制系统连接；本实用新型适用于直散太阳辐射计算，能够获得太阳辐射的各项异性信息，可以实现更高精度的直散太阳辐射计算。

Description

一种应用机器学习的直散射太阳辐照测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种应用机器学习的直散射太阳辐照测量装置，属于光伏系统技术领域。

背景技术

随着光伏装机容量的快速增长，光伏发电对电力系统的渗透率也逐渐增加，为了提高光伏系统的发电量以及匹配电力系统的调度管理，需要为太阳能光伏系统的正确设计、能效评估与发电预测提供实时、精确的太阳辐射数据。测量太阳水平面总辐射、散射辐射与直接辐射，该方式成本高昂，维护繁琐，实际应用受到很大限制，因此大部分光伏电站通常只配备一个总辐射表，用于测量水平面总辐射，无法获取当地的散射辐射与直接辐射。

此外，在无太阳散射辐射与直接辐射测量地点，一般采用太阳辐射直散分离模型，通过经验公式计算散射分数，进而求得水平面太阳散射辐射与直接辐射，但经验公式无法考虑太阳辐射的各向异性问题，计算精度较低，模型可靠性较差，在太阳能光伏系统应用中起到的作用较为有限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种应用机器学习的直散射太阳辐照测量装置，可以获得太阳辐射的各项异性信息，通过控制系统建立各测量量和直散太阳辐射的映射关系，可以实现更高精度的直散太阳辐射计算。

为达到上述目的，本实用新型采用下述技术方案实现的：

本实用新型提供了一种应用机器学习的直散射太阳辐照测量装置，包括壳体、第一光伏组件、第二光伏组件、天线和控制系统；所述壳体为长方体形；所述控制系统设于所述壳体内部，采集所述第一光伏组件、第二光伏组件上的太阳总辐照度，进行计算；所述壳体的侧面及顶面均分布有一个所述第一光伏组件，壳体的一个侧面上还通过阻尼转轴连接有所述第二光伏组件；所述控制系统设于所述壳体的内腔中；所述天线穿通壳体上的安装孔与控制系统连接。

进一步的，所述控制系统包括树莓派微型电脑、4G模块、供电模块、AD转换模块、实时时钟模块和负载电阻，所述第一光伏组件和所述第二光伏组件均通过导线连接有一个所述负载电阻；所述树莓派微型电脑分别与4G模块、供电模块、AD转换模块和实时时钟模块连接；各所述负载电阻集成于所述AD转换模块上，并通过导线与所述AD转换模块的输入接口的正负极相接，用于实现第一光伏组件和第二光伏组件上的太阳辐照度测量；所述4G模块通过导线与所述天线连接。

进一步的，所述壳体内部设有支撑架；所述支撑架包括支撑底板和支撑柱；所述壳体内部设有支撑架；所述支撑架包括支撑底板和支撑柱；所述供电模块、4G模块、树莓派微型电脑、AD转换模块和实时时钟模块依次通过支撑柱连接于所述支撑底板上。

进一步的，所述支撑底板为亚克力材质。

进一步的，还包括通风过滤组件；所述壳体的任一侧面上开设有过滤安装口；所述通风过滤组件通过所述过滤安装口装配于所述壳体。

进一步的，所述通风过滤组件包括轴流风扇、过滤垫、安装框和百叶窗；螺栓依次穿通所述百叶窗、过滤安装口的外侧壁、安装框和轴流风扇连接；所述过滤垫设于所述安装框和轴流风扇之间。

进一步的，所述安装框与所述百叶窗过滤安装口的内侧壁之间增设有密封圈。

进一步的，所述过滤垫为合成纤维材质。

与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果：

本实用新型提供了一种应用机器学习的直散射太阳辐照测量装置，长方体形的壳体的侧面和顶面均装有第一光伏组件以及倾斜安装有第二光伏组件，可采集到水平面，垂直面，倾斜面的太阳辐照度测量，通过各平面的测量量，获得太阳辐射的各项异性信息，通过本实用新型中所用的控制系统，通过树莓派微型电脑的机器学习模型建立各测量量和直散太阳辐射的映射关系，可以实现更高精度的直散太阳辐射计算；该应用机器学习的直散射太阳辐照测量装置成本低廉、可靠性高、体积小，便于拆装。

附图说明

图1为应用机器学习的直散射太阳辐照测量装置的结构示意图；

图2为图1的爆炸示意图；

图3为图1内部的控制系统连接结构图；

图4为控制系统的关系图；

图中：1、壳体；2、第一光伏组件；3、第二光伏组件；4、阻尼转轴；5、天线；6、控制系统；7、支撑架；8、支撑底板；9、支撑柱；10、通风过滤组件；11、过滤安装口；12、轴流风扇；13、过滤垫；14、安装框；15、百叶窗。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

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；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。

实施例一：

参见图1、图2、图3及图4所示，本实施例提供了一种应用机器学习的直散射太阳辐照测量装置，包括壳体1、第一光伏组件2、第二光伏组件3、天线5和控制系统6。壳体1为长方体形结构，第一光伏组件2分布在长方体形的壳体1四个侧面及顶面上，用螺栓穿通固定。在壳体1的任一个侧面安装有阻尼转轴4，将第二光伏组件3连接在阻尼转轴4上，可以通过阻尼转轴4调节第二光伏组件3的角度。控制系统6安装在壳体1的内腔中，控制系统6接收第一光伏组件2和第二光伏组件3收到太阳总辐照度，并通过的控制系统6内的各个模块进行计算。第一光伏组件2安装于壳体1的水平面和垂直面上，能够对水平面和垂直面上的太阳辐照度进行测量；第二光伏组件3通过阻尼转轴4连接，可以转动角度，获取倾斜面的太阳辐照度测量。通过各平面的测量量，获得太阳辐射的各项异性信息，通过控制系统6内的机器学习模型建立各测量量和直散太阳辐射的映射关系，可以实现更高精度的直散太阳辐射计算。壳体1的外部开设有安装孔，天线5插装于安装孔内与控制系统6连接。应用机器学习的直散射太阳辐照测量装置放置进行测量时，需要将带有第二光伏组件3的一面，面向正南方向放置，便于测量直散射太阳辐射。

具体的，控制系统6包括树莓派微型电脑、4G模块、供电模块、AD转换模块、实时时钟模块和负载电阻。每一个第一光伏组件2都通过导线单独连接一个负载电阻，第二光伏组件3也与一个负载电阻连接。各个负载电阻集成装于AD转换模块上。每一个负载电阻均单独通过导线和AD转换模块的输入接口的正负极相接，用于对第一光伏组件2和第二光伏组件3上的太阳辐照度测量。树莓派微型分别和4G模块、供电模块、AD转换模块和实时时钟模块连接。

树莓派微型电脑用于采集测量信号与部署机器学习模型。供电模块内的控制电路板与板载锂电池，通过外部电源线连接，提供220V交流电压转9V和5V直流电压；9V直流电压为板载锂电池充电；5V直流电压为装置供电。在断电时，板载锂电池输出5V直流电压为装置不间断供电。4G模块内的GPS功能与4G远程通讯功能可通过外部天线5为GPS功能和4G远程通讯功能提供信号增强，其中GPS功能，用于获取应用机器学习的直散射太阳辐照测量装置的准确经纬度，4G远程通讯功能，用于获取当前位置时区的准确时间和实现测量装置的数据远程传输与实时控制。供电模块通过两根供电弹簧顶针与4G模块供电接口底部焊点处相抵，实现4G模块的5V供电。4G模块采用两根供电弹簧顶针和一根通讯弹簧顶针与树莓派微型电脑的底部相应焊点处相抵，实现电力传输与GPS和4G信号传输。

AD转换模块通过GPIO接口连接器与树莓派微型电脑上的GPIO口相连。AD转换模块将负载电阻两端的电压值转换为太阳辐照度值，分别与第一光伏组件2和第二光伏组件3连接的负载电阻，接收第一光伏组件2和第二光伏组件3上的太阳总辐照度，将其转为负载电阻的电压值。实现第一光伏组件2和第二光伏组件3的辐照度信号的分别采集。实时时钟模块安装在AD转换模块上的GPIO接口，将实时时钟信息传输到树莓派微型电脑。

树莓派微型电脑与4G模块和实时时钟模块连接，获取4G模块或实时时钟模块中的实时时间和观测地点的经度、纬度信息。然后将第一光伏组件2和第二光伏组件3上的太阳辐照度值以及真太阳时、太阳天顶角、实时清晰度指数、经度、纬度经过树莓派微型电脑中训练好的机器学习模型，输出散射分数，计算水平面直接辐射强度与水平面散射辐射强度。树莓派微型电脑内的机器学习模型为使用足量历史数据训练好的神经网络、支持向量机、决策树、随机森林等监督学习模型。

应用机器学习的直散射太阳辐照测量装置的壳体1内部设置有支撑架7，支撑架7包括支撑底板8和支撑柱9。供电模块、AD转换模块、4G模块、树莓派微型电脑、AD转换模块和实时时钟模块依次通过支撑柱9连接于支撑底板8上方，合理的分布在壳体1内部，可提升各模块散热效果。支撑底板8在最下面，依次往上是供电模块、4G模块、树莓派微型电脑、AD转换模块（AD转换模块上集成了多个负载电阻）、实时时钟模块；支撑底板8通过支撑柱9，连接供电模块，供电模块再通过支撑柱9连接4G模块、4G模块再通过支撑柱9连接树莓派微型电脑，树莓派微型电脑再通过支撑柱9连接AD转换模块、实时时钟模块体积较小，直接通过GPIO口插在AD转换模块的GPIO口上。

支撑底板8采用亚克力板材，具有良好的耐气候性，在任何环境下都不会因为恶劣的环境而导致它的性能出现改变，使用寿命长，减少替换率。

可选的，应用机器学习的直散射太阳辐照测量装置内还包括有通风过滤组件10，壳体1的任一侧面开设有过滤安装口11，通风过滤组件10通过过滤安装口11安装在壳体1上，可以对内部工作的控制系统6进行散热处理。具体的，通风过滤组件10包括轴流风扇12、过滤垫13、安装框14和百叶窗15。用螺栓依次穿通百叶窗15、过滤安装口11的外侧壁、安装框14和轴流风扇12连接。该过程中，过滤垫13提前固定在安装框14和轴流风扇12之间，螺栓紧固安装框14和轴流风扇12，使得过滤垫13固定在其间。轴流风扇12通过供电模块提供的电力进行运行。

可选的，在装配通风过滤组件10的过程中，可以在安装框14与所述百叶窗15过滤安装口11的内侧壁之间设增添密封圈，高效防水防尘，阻挡外部雨水进入，保护内部控制系统6的电子元器件。过滤垫13采用合成纤维材质，强度高、质轻、易洗快干、弹性好、不怕霉蛀等，能够适用于恶劣的环境，重复使用率高，可减少资源的过度浪费。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种应用机器学习的直散射太阳辐照测量装置，其特征在于，包括壳体、第一光伏组件、第二光伏组件、天线和控制系统；所述壳体为长方体形；所述控制系统设于所述壳体内部，采集所述第一光伏组件、第二光伏组件上的太阳总辐照度，进行计算；所述壳体的侧面及顶面均分布有一个所述第一光伏组件，壳体的一个侧面上还通过阻尼转轴连接有所述第二光伏组件；所述控制系统设于所述壳体的内腔中；所述天线穿通壳体上的安装孔与控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种应用机器学习的直散射太阳辐照测量装置，其特征在于，所述控制系统包括树莓派微型电脑、4G模块、供电模块、AD转换模块、实时时钟模块和负载电阻，所述第一光伏组件和所述第二光伏组件均通过导线连接有一个所述负载电阻；所述树莓派微型电脑分别与4G模块、供电模块、AD转换模块和实时时钟模块连接；各所述负载电阻集成于所述AD转换模块上，并通过导线与所述AD转换模块的输入接口的正负极相接，用于实现第一光伏组件和第二光伏组件上的太阳辐照度测量；所述4G模块通过导线与所述天线连接。

3.根据权利要求2所述的一种应用机器学习的直散射太阳辐照测量装置，其特征在于，所述壳体内部设有支撑架；所述支撑架包括支撑底板和支撑柱；所述供电模块、4G模块、树莓派微型电脑、AD转换模块和实时时钟模块依次通过支撑柱连接于所述支撑底板上。

4.根据权利要求3所述的一种应用机器学习的直散射太阳辐照测量装置，其特征在于，所述支撑底板为亚克力材质。

5.根据权利要求1所述的一种应用机器学习的直散射太阳辐照测量装置，其特征在于，还包括通风过滤组件；所述壳体的任一侧面上开设有过滤安装口；所述通风过滤组件通过所述过滤安装口装配于所述壳体。

6.根据权利要求5所述的一种应用机器学习的直散射太阳辐照测量装置，其特征在于，所述通风过滤组件包括轴流风扇、过滤垫、安装框和百叶窗；螺栓依次穿通所述百叶窗、过滤安装口的外侧壁、安装框和轴流风扇连接；所述过滤垫设于所述安装框和轴流风扇之间。

7.根据权利要求6所述的一种应用机器学习的直散射太阳辐照测量装置，其特征在于，所述安装框与所述百叶窗过滤安装口的内侧壁之间增设有密封圈。

8.根据权利要求6所述的一种应用机器学习的直散射太阳辐照测量装置，其特征在于，所述过滤垫为合成纤维材质。