一种光伏板安全检测及寿命评估方法与流程

本发明属于太阳能发电技术领域，具体涉及一种光伏板安全检测及寿命评估系统。

背景技术：

光伏发电是人类利用太阳能的科技手段之一。现有的光伏发电板是将多块光电转换材料集成在一块基底上，最后组装在支架上制作而成的。在大规模光伏发电厂中，会使用数量巨大的光伏发电板排布成阵列，通过串并联电路连接至升压、变流设备将电能存储在蓄电池中或并入电网。

众所周知，光伏材料具有一定的使用寿命，并且由于制造工艺复杂，每一块光伏发电板都可能具有不同的使用寿命。另外，由于集成线路或其他故障的存在，也将导致每一块光伏发电板的寿命不尽相同。还有另一个重要因素，就是半导体硅材料的工作发热问题，严重影响光伏板的工作寿命。

综上所述，大型光伏发电厂中的大量光伏板存在随机的工作寿命终止，或基于发电效益考虑而应当终止使用的情况。

虽然目前已经存在光伏板远程故障远程监控的系统，但是一般仅对光伏板是否存在故障状态进行判断。目前没有对光伏板工作寿命进行检测和评估的系统和方法。

技术实现要素：

本发明的目的正是为了对大型光伏发电厂中数量巨大的光伏板工作寿命进行准确评估，提出了一种寿命评估系统及方法，同时能够对光伏板的安全进行预警。本发明所述的工作寿命终止通常是指光伏板物理属性寿命终止或基于发电效益考虑寿命应当终止。

本发明首先提供了一种光伏板安全检测及寿命评估系统，主要包括光伏板、温度传感器、电流表、电压表、控制器；

所述温度传感器的数量至少为一个，位于所述光伏板背面，并与光电转换材料接触安装；所述电流表和电压表分别安装在所述光伏板的电源输出端子上；所述温度传感器、电流表、电压表分别连接控制器；所述控制器持续接收温度传感器的温度信号，选择最高温度并与固定阈值比较；所述控制器持续接收电流表和电压表的电流、电压信号，并计算光伏板的输出功率。

光伏板安全检测及寿命评估系统还包括与控制器相连的温度计和照度计，分别用于实时测量环境气温和太阳光照度。

作为进一步地优选技术手段，所述温度传感器的数量为3个或3个以上，分布安装在光伏板背面中心区域。

本发明还提供了一种光伏板安全检测及寿命评估方法，按照如下步骤执行：

步骤一，温度传感器测量光电转换材料的温度，当检测温度值T超出安全阈值T’时，控制器断开光伏板的输出电路并报警；

步骤二，当光电转换材料的检测温度值T低于安全阈值T’时，控制器根据电流表和电压表实时测量的光伏板输出电流I和电压值U计算光伏板实时输出功率G，并根据下式进行计算：

其中，δ为0-ΔT时间内的积分值，T₀是实时环境气温，L是实时太阳光照度，Δ是ΔT时间内的总输出功率；

步骤三，控制器将计算所得的δ与预存的δ₀相比较，若δ≤δ₀，则判断光伏板的工作寿命到期；

步骤四，若δ≥δ₀，则重复步骤一至步骤三。

进一步地，在步骤二中，包含对气温和光照度的测量。

进一步地，在步骤三中，控制器断开光伏板输出电路并报警。

本发明是将光伏板光电转换材料的工作温度参数、发电功率参数以及外部环境参数进行综合考虑，计算出一个量化的数值，以准确评估光伏板的工作寿命，提醒工作人员及时进行更换，方便了大型光伏发电厂的设备维护，降低了维护成本，保障了发电效率。

附图说明

图1是本发明的光伏系统结构示意框图；

图2是本发明中光伏板与检测器件示意图；

图3是本发明的光伏板安全检测及寿命评估方法的工作流程图。

图中：1、光伏板；2、温度传感器；3、电流表；4、电压表。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

参见附图1-2，本发明的一种光伏系统，主要包括光伏板1、温度传感器2、电流表3、电压表4、控制器(未图示)；

所述温度传感器2的数量至少为一个，位于所述光伏板1背面，并与光电转换材料接触安装；所述电流表3和电压表4分别安装在所述光伏板1的电源输出端子上；所述温度传感器2、电流表3、电压表4分别连接控制器；所述控制器持续接收温度传感器2的温度信号，选择最高温度并与固定阈值比较；所述控制器持续接收电流表3和电压表4的电流、电压信号，并计算光伏板1的输出功率。

如图1所示，进一步地，本发明的光伏系统还包括与控制器相连的温度计和照度计，分别用于实时测量环境气温T₀和太阳光照度L。

作为进一步地优选技术手段，所述温度传感器的数量为3个或3个以上，分布安装在光伏板背面中心区域。

本发明的光伏系统的工作原理和安全检测及寿命评估方法详细描述如下。

本发明的温度传感器2直接测量光电转换材料的温度，当检测温度值T超出安全阈值T’(T≥T’)时，控制器直接断开光伏板的输出电路，使光伏板停止工作，保障光伏板自身安全。若正常工作时，光电转换材料温度达到或超出上限，则存在运行故障或光伏板寿命到达终值，故控制器应报警提示工作人员进行维护或更换回收。

当光电转换材料的实测温度值T低于安全阈值T’时，控制器根据电流表和电压表实时测量的光伏板输出电流I和电压值U计算光伏板实时输出功率G＝IU。根据下式进行计算：

其中，δ为0-ΔT时间内的积分值，T₀是实时环境气温，L是实时太阳光照度。

上式的含义是，在考虑光照度L对环境温度T₀以及发电输出功率G的贡献时，在ΔT时间内的总输出功率δ。此公式中，考虑计算数据过大，因此采取开平方处理，最终的δ值并不具有实际含义，仅表示与ΔT时间内光伏板总输出功率特征相关的评估参数。

根据光伏板寿命的理论值或经验值，确定一个能够反映光伏板综合正效率输出功率值的δ₀值。

控制器将计算所得的δ与预存的δ₀相比较，若δ≤δ₀，则判断光伏板的工作寿命到期，无法再获得正的发电效益，控制器断开该光伏板输出电路，并报警提示工作人员应当对光伏板予以更换，进行淘汰回收。

若δ≥δ₀，则说明光伏板工作状态正常，具有正值的发电效益，能够继续稳定进行光电转换。因此可以进行下一轮的循环检测和评估。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

本发明不限于以上对实施例的描述，本领域技术人员根据本发明揭示的内容，在本发明基础上不必经过创造性劳动所进行的改进和修改，都应该在本发明的保护范围之内。