一種新型光伏故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光伏發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種新型光伏故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，光伏發(fā)電技術(shù)不斷發(fā)展，光伏發(fā)電應(yīng)用得到迅速普及。然而在建筑周圍存在樹木、電線桿、電纜線等障礙物，當(dāng)光照角度隨著季節(jié)、時(shí)間發(fā)生變化時(shí)，以上的障礙物就可能在光伏陣列上產(chǎn)生局部陰影，串聯(lián)支路中被遮蔽的太陽(yáng)電池組件，將被當(dāng)作負(fù)載消耗其他有光照的太陽(yáng)電池組件所產(chǎn)生的能量。被遮蔽的太陽(yáng)電池組件此時(shí)會(huì)發(fā)熱，這就是熱斑效應(yīng)。被遮擋的光伏電池板會(huì)帶負(fù)電壓，成為電路中的負(fù)載，并以熱量形式消耗其他正常工作的光伏電池板產(chǎn)生的能量，這種熱量的長(zhǎng)時(shí)間積累會(huì)損壞光伏電池板的封裝材料，甚至破壞光伏電池板的物理結(jié)構(gòu)，并將造成永久損壞。熱斑效應(yīng)在太陽(yáng)電池的實(shí)際應(yīng)用中非常普遍，而且熱斑效應(yīng)嚴(yán)重影響太陽(yáng)電池的性能和壽命，并有很大的危險(xiǎn)性。
[0003]目前公認(rèn)的避免熱斑現(xiàn)象的方法是在光伏電池單體旁反向并聯(lián)旁路二極管，如果某部分光伏電池單體被遮擋而帶上負(fù)壓，那么旁路二極管導(dǎo)通，此部分光伏電池單體被短路，避免了光伏模塊物理結(jié)構(gòu)的損壞。二極管正常工作時(shí)沒有電流通過，當(dāng)發(fā)生熱斑效應(yīng)時(shí)二極管導(dǎo)通，有電流通過，通過監(jiān)測(cè)二極管中的電流信號(hào)并利用微處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析判斷可以有效監(jiān)測(cè)響應(yīng)太陽(yáng)能電池是否發(fā)生熱斑效應(yīng)。
[0004]ZigBee技術(shù)自ZigBee聯(lián)盟推出規(guī)范以來，一直得到國(guó)內(nèi)外無線傳感領(lǐng)域的重視，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家庭等各個(gè)領(lǐng)域。利用ZigBee技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)將數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)收集到的信息通過無線通信發(fā)送到協(xié)調(diào)器上并在上位機(jī)上進(jìn)行顯示和控制，這是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)。這種方法能夠有效的解決有線網(wǎng)絡(luò)的布線問題和維護(hù)帶來的成本增加的問題。ZigBee技術(shù)還具有低功耗、組網(wǎng)靈活、可靠性高、擴(kuò)充性好和網(wǎng)絡(luò)自愈的優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種新型光伏故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)太陽(yáng)能電池是否發(fā)生熱斑故障，并能進(jìn)行報(bào)警和定位。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，一種新型光伏故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括環(huán)境信息采集模塊，控制模塊，ZigBee無線通信模塊，監(jiān)控端。環(huán)境信息采集模塊可以采集溫度、光照環(huán)境信息；控制模塊可以采集反向并聯(lián)于太陽(yáng)能電池串的二極管電流信號(hào)并且進(jìn)行數(shù)據(jù)分析;無線通信模塊可以實(shí)現(xiàn)控制模塊與監(jiān)控端的數(shù)據(jù)傳輸通信;監(jiān)控端用Visual Basic6.0開發(fā)完成用戶界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障報(bào)警并且進(jìn)行故障區(qū)域定位。
[0007]所述旁路二極管均與控制模塊連接。
[0008]所述控制模塊包括電流采集裝置和微處理器:電流采集裝置采集反向并聯(lián)于太陽(yáng)能電池串的二極管電流信號(hào)，電流信號(hào)經(jīng)過一系列的變換電路進(jìn)行兩類信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，使模擬信號(hào)可以轉(zhuǎn)換成微處理器能夠處理的數(shù)字信號(hào);微處理器對(duì)采集的電流信號(hào)進(jìn)行分析處理。
[0009]所述ZigBee無線通信模塊包括多個(gè)發(fā)送裝置和一個(gè)接收裝置。
[0010]所述ZigBee無線通信優(yōu)點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性好，無需人工干預(yù)，保證整個(gè)系統(tǒng)仍然能正常工作;采用了 CSMA-CA的碰撞避免機(jī)制，通信可靠；網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡(jiǎn)單，開發(fā)時(shí)間成本較低，開發(fā)成本低;時(shí)延短，網(wǎng)絡(luò)容量大。
[0011]所述監(jiān)控端由計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器組成，監(jiān)控端用Visual Basic6.0開發(fā)完成用戶界面。
[0012]所述監(jiān)控端用戶界面包括:數(shù)據(jù)信息顯示界面、故障區(qū)域定位界面、歷史信息界面、報(bào)警界面。
[0013]所述用戶界面由Visual Basic6.0開發(fā)，它是一種可視化的，面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動(dòng)方式的結(jié)構(gòu)化高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言，可用于開發(fā)Windows環(huán)境下的應(yīng)用程序。選用Visual Basic 6.0的MSComm控件，該控件能十分方便地開發(fā)出使用計(jì)算機(jī)串口的計(jì)算機(jī)通信程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，使得光伏故障監(jiān)測(cè)可視化、智能化加強(qiáng)，提高了光伏發(fā)電管理效率。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中新式光伏故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框圖。
[0015]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中系統(tǒng)工作流程圖。
[0016]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中ZigBee模塊硬件構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，所述實(shí)例為本實(shí)用新型部分內(nèi)容表述，不代表全部實(shí)施例，不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。
[0018]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。組件包括由溫度傳感器和光照傳感器組成的環(huán)境信息采集模塊，由電流檢測(cè)裝置和微處理器組成的控制模塊，ZigBee無線通信模塊，由計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器組成的監(jiān)控端。光伏電池串與旁路二極管并聯(lián)，旁路二極管與控制模塊連接，控制模塊通過ZigBee無線通信模塊與監(jiān)控端進(jìn)行信息傳輸。
[0019]如圖2所示，該監(jiān)測(cè)組件工作的具體過程為:
[0020]當(dāng)光伏陣列無陰影時(shí)，旁路二極管無電流通過，光伏陣列上產(chǎn)生局部陰影時(shí)，被遮擋的光伏電池板會(huì)帶負(fù)電壓，成為電路中的負(fù)載，此時(shí)旁路二極管導(dǎo)通，光伏電池單體被短路，二極管有電流通過。二極管與控制模塊相連，控制模塊能夠監(jiān)測(cè)二極管中的電流數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，通過ZigBee無線通信模塊將電流數(shù)據(jù)信息傳輸給監(jiān)控端。與此同時(shí)，溫度傳感器和光照傳感器通過數(shù)據(jù)采集器將數(shù)據(jù)傳給微處理器，然后通過ZigBee無線通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控端。監(jiān)控端上位機(jī)能夠?qū)崟r(shí)感知接收裝置的數(shù)據(jù)接收情況，當(dāng)接收裝置獲得數(shù)據(jù)時(shí)，監(jiān)控端上位機(jī)并可以打開與接收裝置的通信通道，接收其發(fā)送來的各種數(shù)據(jù)。上位機(jī)對(duì)各信息進(jìn)行融合分析處理，判斷光伏陣列是否發(fā)生故障并，并判斷故障位置。
[0021]如圖3所示ZigBee無線通信芯片的型號(hào)選用CC2530，CC2530是TI公司在2.4GHz頻段推出的第二代支持IEEE 802.15.4/ZigBee協(xié)議的片上系統(tǒng)集成芯片。其內(nèi)部集成了高性能射頻收發(fā)器、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)型8051M⑶內(nèi)核、256KB Flash ROM和8KB RAM,只需極少外部元器件，且性能穩(wěn)定且功耗極低?？刂颇K通過ZigBee經(jīng)過UART轉(zhuǎn)換接口將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控端。同時(shí)，監(jiān)控端對(duì)光復(fù)陣列進(jìn)行監(jiān)控并且發(fā)送指令進(jìn)行控制。
[0022]采用CC2530單片機(jī)作為采集裝置的核心芯片，它內(nèi)含高性能和低功耗的8051微控制器核，可以作為處理器來負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)的操作，處理采集到的信息;包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，可將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，而無需其他輔助電路；此芯片上整合了ZigBee射頻(RF)前端，負(fù)責(zé)與主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信，交換信息并發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0023]接收裝置通過RF射頻模塊接收到采集節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的電源信號(hào)，并經(jīng)過CC2530處理之后，通過UART轉(zhuǎn)換接口將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控端上位機(jī)。
[0024]監(jiān)控端上位機(jī)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)聽、接收、解析接收裝置發(fā)送來的信息，能夠?qū)⑺鼈儗?shí)時(shí)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)對(duì)應(yīng)的表中，并且可以實(shí)時(shí)以表格、圖形等形式進(jìn)行顯示，也可以對(duì)某個(gè)階段、某個(gè)或某些采集裝置發(fā)送的數(shù)據(jù)值進(jìn)行檢索、提取、轉(zhuǎn)換、展示(表格、圖表等)，當(dāng)某些值超過預(yù)定閥值時(shí)，系統(tǒng)將及時(shí)給出預(yù)警信息。
[0025]用戶界面由VisualBasic6.0開發(fā)，它是一種可視化的，面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動(dòng)方式的結(jié)構(gòu)化高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言，可用于開發(fā)Windows環(huán)境下的應(yīng)用程序。用戶界面包括括:數(shù)據(jù)信息顯示界面、故障區(qū)域定位界面、歷史信息界面、報(bào)警界面。管理人員可以方便及時(shí)的進(jìn)行監(jiān)控和發(fā)送控制指令，該界面使得光伏故障監(jiān)測(cè)可視化、智能化加強(qiáng)，提高了光伏發(fā)電管理效率。
[0026]該系統(tǒng)通過融合各種信息對(duì)光伏故障進(jìn)行判斷，提高了判斷的準(zhǔn)確率，采用無線通信進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)，避免了復(fù)雜的布線，擴(kuò)展性更高，提高了安全性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型光伏故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由環(huán)境信息采集模塊、控制模塊、無線通信模塊和監(jiān)控端組成，其特征在于:每個(gè)太陽(yáng)能電池串反向并聯(lián)若干旁路二極管;控制模塊用于監(jiān)測(cè)并采集二極管中電流并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，判斷太陽(yáng)能電池是否出現(xiàn)熱斑效應(yīng);無線通信模塊實(shí)現(xiàn)控制模塊與監(jiān)控端的信息傳輸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型光伏故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于每個(gè)并聯(lián)于太陽(yáng)能電池串的旁路二極管均與控制模塊連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型光伏故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于環(huán)境信息采集模塊由溫度傳感器和光照傳感器組成，實(shí)時(shí)采集太陽(yáng)能電池串的溫度和光照數(shù)據(jù)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型光伏故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于控制模塊包括電流采集裝置和微處理器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型光伏故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于電流檢測(cè)裝置最主要的目的就是將待檢測(cè)信號(hào)經(jīng)過一系列的變換電路進(jìn)行兩類信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，使模擬信號(hào)可以轉(zhuǎn)換成微處理器能夠處理的數(shù)字信號(hào)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型光伏故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于無線通信模塊使用ZigBee無線通信技術(shù)，模塊包括多個(gè)發(fā)送裝置和一個(gè)接收裝置。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型光伏故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于監(jiān)控端由計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器組成。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型光伏故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于監(jiān)控端用戶界面由Visual Basic6.0開發(fā)，包括:數(shù)據(jù)信息顯示界面、故障區(qū)域顯示界面、歷史信息界面、報(bào)警界面。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型光伏故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于監(jiān)控端可以報(bào)警并且進(jìn)行故障定位。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種新型光伏故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：由溫度傳感器和光照傳感器組成的環(huán)境信息采集模塊，由電流檢測(cè)裝置和微處理器組成的控制模塊，ZigBee無線通信模塊，由計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器組成的監(jiān)控端。本實(shí)用新型可以監(jiān)測(cè)并聯(lián)于太陽(yáng)能電池串的旁路二極管是否產(chǎn)生電流并對(duì)電流數(shù)據(jù)分析實(shí)時(shí)監(jiān)控太陽(yáng)能電池是否發(fā)生熱斑效應(yīng)故障，便于管理修復(fù)；采用無線通信進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)，避免了復(fù)雜的布線，擴(kuò)展性更高，提高了安全性能；采用Visual？Basic6.0開發(fā)完成用戶界面，可以高效、快速地開發(fā)出？Windows？環(huán)境下功能強(qiáng)大，圖形界面豐富的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。
【IPC分類】H02S50/15, H02J13/00
【公開號(hào)】CN205142136
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520927740
【發(fā)明人】田野, 李曉娜
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年11月20日