太阳能监测装置及其监测方法与流程

本申请涉及太阳能应用技术领域，特别是涉及一种太阳能监测装置及其监测方法。

背景技术：

太阳能是一种取之不尽清洁能源。尽可能获得更多能源，太阳能组件是将光能转化为电能的器件。而准确、实时检测太阳能组件输出功率值是有效利用光能的重要环节。

现有技术中，太阳能监测装置通常采用频率比较高的定频的扫描方式采集太阳能组件输出端的功率。而当太阳能组件发电比较稳定时，太阳能组件的输出功率稳定，并不需太阳能监测装置要高频率采集太阳能组件的输出功率。而太阳能监测装置在高频扫描的情况下会消耗大量的电能。这都造成了能源的浪费。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有的太阳能组件的能耗大问题，提供一种太阳能监测装置及其监测方法。

一种太阳能监测装置，包括：

控制装置，用于输出扫描信号；

功率监测装置，与所述控制装置连接，用于根据所述扫描信号输出太阳能组件的功率参数，所述控制装置根据所述功率参数调整所述扫描信号的扫描频率。

在一个实施例中，所述功率监测装置包括：

运算放大电路，用以输入所述扫描信号；

功率采集电路，所述功率采集电路与所述运算放大电路以及所述控制装置连接，用以采集所述太阳能组件的所述功率参数。

在一个实施例中，所述功率采集电路包括：

电流采集电路，与所述运算放大电路以及所述控制装置连接，用于采集所述太阳能组件的输出电流信号，并将所述电流信号输入所述控制装置；

电压采集电路，与所述控制装置连接，用于采集所述太阳能组件的输出电压信号，并将所述电压信号输入所述控制装置；

在一个实施例中，所述运算放大电路包括：

运算放大器u1，所述运算放大器u1的同相输入端与所述控制装置电连接，用以输入所述扫描信号，所述运算放大器u1的反相输入端与所述电流采集电路连接，用于输入电流的反馈信号。

在一个实施例中，所述运算放大电路还包括：

电容c5,连接于所述运算放大器u1的同相输入端和接地极之间，用以对所述扫描信号滤波。

在一个实施例中，所述电流采集电路包括：

三级管q1、三级管q2和电阻r17，所述运算放大器u1的输出端与所述三级管q1的基极连接，所述三级管q1的发射极与所述三级管q2的基极连接，所述三级管q2的发射极分别与所述电阻r17以及所述运算放大器u1的反相输入端连接，所述三级管q1的集电极、所述三级管q2的集电极均与所述太阳能组件的输出端连接，所述太阳能组件输出的电流通过所述三级管q1的集电极、所述三级管q2的集电极进入所述电流采集电路。

在一个实施例中，所述功率采集电路包括输入控制电路，所述输入控制电路与所述运算放大电路连接，用于向所述运算放大器u1的同相输入端输入控制信号，所述输入控制电路包括：

三极管q3和电阻r1,所述三极管q3的集电极通过所述电阻r1与所述运算放大器u1的同相输入端连接，所述三极管q3的发射极与所述接地极连接；

电阻r4和电容c3,所述电阻r4的一端用于从所述控制装置输入所述扫描信号，所述电阻r4的另一端通过所述电容c3与所述接地极连接；

电阻r5，一端连接于所述电阻r4和所述电容c3之间，另一端连接于所述三极管q3的基极；

三极管q4和电阻r9,所述三极管q4的集电极通过所述电阻r9与所述运算放大器u1的同相输入端连接；

电阻r18,连接于所述三极管q4的集电极和所述接地极之间；

电阻r7和电容c4,并联于所述三极管q4的基极和所述接地极之间；

电阻r6,一端用于输入所述扫描信号，另一端与所述三极管q4的基极连接。

电阻r10和电阻r8,串联后与所述运算放大器u1的正常输入端连接。

在一个实施例中，所述电压采集电路包括:

电阻r2和电阻r3，串联于所述太阳能组件的输出端和所述接地极之间，

电容c1，一端连接于所述太阳能组件的输出端，另一端与所述接地极连接；

电容c2，一端连接于所述电阻r2和所述电阻r3之间，另一端与所述接地极连接。

在一个实施例中，所述功率监测装置还包括待机电路，分别与所述控制装置和所述电流采集电路连接，所述待机电路用于控制所述功率监测装置处于待机状态或者工作状态。

在一个实施例中，所述功率监测装置还包括报警电路，与所述控制装置连接，用于根据所述控制装置发出的报警信号报警。

一种所述的太阳能监测装置的监测方法，包括：

s10,通过所述控制装置向所述功率监测装置输出扫描信号；

s20,通过所述功率监测装置单次扫描所述太阳能组件的输出功率得到多个输出功率参数，并通过所述控制装置计算所述多个输出功率参数的最大值；

s30,重复步骤s10-s20，通过所述控制装置得到多个所述最大值；

s40,通过所述控制装置得到多个所述最大值的概率分布，基于所述概率分布确定所述太阳能组件的稳定输出功率范围；

s50，重复步骤s10-s30，当在所述稳定输出功率范围内出现的所述最大值的个数少于上次扫描所述稳定输出功率范围内所述最大值的个数时，增加扫描频率；

当在所述稳定输出功率范围内出现的所述最大值的个数大于上次扫描所述稳定输出功率范围内所述最大值的个数时，降低扫描频率。

本申请提供的太阳能监测装置，通过改变所述控制装置输出的扫描信号的扫描频率可以改变所述太阳能监测装置的能耗。因而本申请实施例提供的所述太阳能监测装置可以根据所述太阳能组件的功率参数自动调节所述太阳能监测装置的能耗，能够达到节能的目的。

附图说明

图1为本申请实施例提供的太阳能监测装置结构图；

图2为本申请实施例提供的功率监测装置模块图；

图3为本申请实施例提供的功率监测装置100电路图；

图4为本申请实施例提供的电压采集电路图；

图5为本申请实施例提供的报警电路图；

图6为本申请实施例提供的太阳能监测装置的工作流程图；

图7为本申请实施例提供的太阳能组件输出功率监测方法示意图。

附图标记说明：

太阳能监测装置10

功率监测装置100

运算放大电路110

功率采集电路120

电流采集电路121

待机电路140

报警电路150

跟随电路160

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请的太阳能监测装置及其监测方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”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。

请参见图1，本申请实施例提供一种太阳能监测装置10。所述太阳能监测装置10包括控制装置200和功率监测装置100。所述控制装置200用于输出扫描信号。所述功率监测装置100与所述控制装置200连接。所述功率监测装置100用于根据所述扫描信号输出所述太阳能组件300的功率参数。所述控制装置200根据所述功率参数调整所述扫描信号的扫描频率。

本实施例中，所述控制装置200可以为单片机。所述控制装置200可以对所述功率参数进行数据处理。基于处理结果调整所述扫描信号的扫描范围。所述扫描信号可以为周期性信号，所述扫描信号可以为pwm波。所述功率监测装置100可以实时采集所述太阳能组件300的功率参数。所述功率参数可以通过电流值和电压值得到。通过所述功率参数可以判断所述太阳能组件300的输出功率的稳定性，当所述太阳能组件300的输出功率的稳定性较高时，可以降低所述扫描信号的扫描频率。当所述太阳能组件300的输出功率的稳定性较高时，可以提高所述扫描信号的扫描频率。因而可以根据所述太阳能组件300的输出功率的稳定性改变所述控制装置200输出的扫描信号的扫描频率。

本申请实施例提供的所述控制装置200，所述功率监测装置100用于根据所述扫描信号输出所述太阳能组件300的功率参数。所述控制装置200可以根据所述功率参数调整所述扫描信号的扫描频率。通过改变所述控制装置200输出的扫描信号的扫描频率可以改变所述太阳能监测装置10的能耗。因而本申请实施例提供的所述太阳能监测装置10可以根据所述太阳能组件300的功率参数自动调节所述太阳能监测装置10的能耗，能够达到节能的目的。

请参见图2，在一个实施例中，所述功率监测装置100包括运算放大电路110和功率采集电路120。所述运算放大电路110用以输入所述扫描信号。所述功率采集电路120与所述运算放大电路110以及所述控制装置200连接。所述功率采集电路120用以采集所述太阳能组件300的所述功率参数。所述控制装置可以向所述运算放大电路输入所述扫描信号。所述运算放大电路可以为反馈调节电路。所述功率采集电路120可以将采集到的所述功率参数信号反馈至所述运算放大电路110，从而可以保证所述功率采集电路120在短时间内采集到的功率参数信号恒定。

在一个实施例中，所述功率采集电路120包括电流采集电路121和电压采集电路122。所述电流采集电路121与所述运算放大电路110连接。所述电流采集电路121用于采集所述太阳能组件300的输出电流。所述运算放大电路110可以使得所述电流采集电路121采集的电流值在短时间内恒定。

所述电压采集电路122与所述控制装置200连接，所述电压采集电路122用于采集所述太阳能组件300的输出电压。所述电流采集电路121可以在采集所述太阳能组件300输出的恒定电流。通过所述电压采集电路122采集的所述太阳能组件300的输出电压和所述恒定电流可以计算得到所述太阳能组件300的输出功率。

请参见图3，在一个实施例中，所述运算放大电路110包括运算放大器u1。所述运算放大器u1的同相输入端与所述控制装置200电连接，用以输入所述扫描信号。所述运算放大器u1的反相输入端与所述电流采集电路121连接。通过所述放大器u1的同相输入端可以输入所述扫描信号。通过所述运算放大器u1的反相输入端可以输入所述电流采集电路121反馈的电压信号，进而使得所述控制装置200采集所述电流采集电路121的在短时间内的恒定电流作为电流值。

在一个实施例中，所述运算放大电路110还包括：电容c5,连接于所述运算放大器u1的同相输入端和接地极之间，用以对所述扫描信号滤波。

在一个实施例中，所述电流采集电路121包括三级管q1、三级管q2和电阻r17。所述运算放大器u1的输出端与所述三级管q1的基极连接。所述三级管q1的发射极与所述三级管q2的基极连接。所述三级管q2的发射极分别与所述电阻r17以及所述运算放大器u1的反相输入端连接。所述三级管q1的集电极、所述三级管q2的集电极均与所述太阳能组件10的输出端连接。

所述控制装置200可以向所述放大器u1的同相输入端输入pmw波信号。通过pmw波信号的高低电平信号控制所述三级管q1的开闭，进而控制所述三级管q2的发射极输出的电流。

在一个实施例中，根据所述运算放大器u1的虚短和虚断特性，所述运算放大器u1正向输入端和反相输入端的电压相同。因此所述运算放大器u1的反相输入端和所述电阻r1的比值相同。因此可以流经所述电阻r1的电流在短时间内为恒定值。所述控制装置200可以采集所述恒定值作为电流值。

本实施例中，当所述三级管q2的发射极和集电极之间的电流变大，则所述电阻r1上的电压变大，所述运算放大器u1的反相输入端的电压变大，所述运算放大器u1的输出电压变小，所述三级管q1的导通能力变小。所述三级管q2的基极电流变小，所述三级管q2的发射极和集电极之间的电压变小。电阻r1上的压降以及所述运算放大器u1的反相输入端的电压变小。因而可以确保电流的恒定。

在一个实施例中，所述功率采集电路120包括输入控制电路123。所述输入控制电路123包括三极管q3、电阻r1、电阻r4、电容c3、电阻r5、三极管q4、电阻r9、电阻r18、电阻r7、电容c4、电阻r6、电阻r10和电阻r8。所述三极管q3的集电极通过所述电阻r1与所述运算放大器u1的同相输入端连接。所述三极管q3的发射极与接地极连接。所述电阻r4的一端用于从所述控制控制装置输入所述扫描信号，所述电阻r4的另一端通过所述电容c3与接地极连接。所述电阻r5一端连接于所述电阻r4和所述电容c3之间，另一端连接于所述三极管q3的基极。所述三极管q4的集电极通过所述电阻r9与所述运算放大器u1的同相输入端连接。所述电阻r18连接于所述三极管q4的集电极和接地极之间。所述电阻r7和所述电容c4并联于所述三极管q4的基极和接地极之间。所述电阻r6一端用于输入所述扫描信号，另一端与所述三极管q4的基极连接。所述电阻r10和所述电阻r8,串联后与所述运算放大器u1的正常输入端连接。

本实施例中，通过所述电阻r6和所述电阻r4可以分别向所述运算放大器u1的正向输入端输入高电平扫描信号和低电平扫描信号。因而可以使得流经所述电容r1的电流周期性变化。本实施例中的所述输入控制电路123可以节省所述控制装置200的资源，节省所述控制装置200的储存空间。

请参见图4，在一个实施例中，所述电压采集电路122包括电阻r2、电阻r3、电容c1和电容c2。所述电阻r2和所述电阻r3串联于所述太阳能组件的输出端和接地极之间。所述电容c1一端连接于所述太阳能组件的输出端，另一端与接地极连接。所述电容c2一端连接于所述电阻r2和所述电阻r3之间，另一端与接地极连接。所述太阳能组件300的输出电压可以与所述电阻r2和所述电阻r3的电压呈线性关系。因而通过测量所述电阻r2和所述电阻r3的电压可以得到所述太阳能组件300的输出电压。

请再参见图2，一个实施例中，所述功率监测装置100还包括待机电路140。所述待机电路140分别与所述控制装置200和所述电流采集电路121连接。所述待机电路140用于使得所述功率监测装置100在非扫描状态时使得所述和功率监测装置100处于待机状态，以达到耗能最小，节能的目的。

在一个实施例中，所述待机电路140包括场效应管q4和三极管q3。所述场效应管q4的栅极可以与电源连接。所述电源电压可以为12v。所述场效应管q19的漏极可以为所述功率监测装置100供电。所述三极管q3的集电极通过电阻r30与所述场效应管q4的栅极连接。电阻r18连接于所述场效应管q19的漏极和所述场效应管q4的栅极之间。所述控制装置200通过电阻r16与所述三极管q3的基极连接。所述三极管q3的发射极通过电阻r14接地。电阻r15和电容c6还分别与所述三极管q3的基极连接。以对从所述控制装置200输出的信号滤波。当从所述控制装置200输出高电平信号后，所述场效应管q4导通，所述电源给所述功率监测装置100供电。

请参见图5，在一个实施例中，太阳能监测装置10还包括报警电路150。所述报警电路150与所述控制装置200连接。所述报警电路150可以对所述太阳能监测装置10出现工作异常的情景进行报警。所述报警电路150可以包括多个led指示灯。两个led指示灯可以分别通过电阻r26和电阻r25接地。所述两个led指示灯可以分别用以指示扫描状态和待机状态。所述报警电路150还可以包括晶振元件y1,所述晶振元件y1的两端分别通过电容c10和电容c9接地。电阻r22接地。电阻r21通过电容c8接地。电阻r20通过电阻r27接地。电容c33与所述电阻r2并联。电阻r19通过电容c6接地。电容c7与所述电容c6并联。所述电容r21,所述述电容r20和所述电容r19还分别与3.3v电源连接。

在一个实施例中，所述太阳能监测装置10还包括跟随电路160。所述跟随电路可以起到调理的作用。所述跟随电路160可以包括运算放大器u2。所述运算放大器的反相输入端可以通过电阻r13接地。晶闸管q5的阳极接地，阴极与所述运算放大器u2的通向输入端连接，所述运算放大器u2的输出端通过点入r11与电阻r18连接。

请参见图6，在一个实施例中，对所述太阳能监测装置10的使用过程说明：

首先将所述太阳能组件300接入所述太阳能监测装置10，选择手动或者自动开启扫描功能。下面以手动开启工作举例：

上位机接到开启指令后，将初始值载入所述控制装置200。设定一个周期功率扫描次数，并对扫描过程计数。扫描监测所述太阳能组件300的电流和电压。通过电流和电压得到所述太阳能组件300的功率。当完成预设的扫描次数后，对得到的功率数据分析，根据功率数据的稳定性降低或者提高扫描的频率，通过分析修订扫描频率，作为新的初始值进行下一个周期的扫描。同时将采集到的功率数据上传，以备下次监测时使用。

请参见图7，本申请实施例还提供一种太阳能监测装置的监测方法，所述方法包括：

s10,通过所述控制装置200向所述功率监测装置100输出扫描信号；

s20,通过所述功率监测装置100单次扫描所述太阳能组件300的输出功率得到多个输出功率参数，并通过所述控制装置200计算所述多个输出功率参数的最大值，

s30,重复步骤s10-s20，通过所述控制装置200得到多个所述最大值；

s40,通过所述控制装置200得到多个所述最大值的概率分布，基于所述概率分布确定所述太阳能组件300的稳定输出功率范围，通过所述稳定输出功率范围确定所述稳定输出功率范围对应的稳定输出功率概率范围；

s50，重复步骤s10-s30，当在所述稳定输出功率概率范围内出现的所述最大值的个数少于上次扫描所述稳定输出功率概率范围内所述最大值的个数时，增加扫描频率；

当在所述稳定输出功率概率范围内出现的所述最大值的个数大于上次扫描所述稳定输出功率概率范围内所述最大值的个数时，降低扫描频率。

在步骤s10中，所述扫描信号可以为周期性扫描信号。

在步骤s20中，所述输出功率参数可以为所述太阳能组件的输出功率值。在一个实施例中，单次扫描可以得到多个输出功率值。通过所述控制装置200计算所述多个输出功率值中的最大值。每次扫描得到一个最大值，

在步骤s30中，通过重复步骤s10-s20，可以得到多个所述最大值。在一个实施例中，可以设定在一个扫描周期内的扫描次数为500次，因而可以得到500个所述最大值。

在步骤s40中，在一个实施例中，稳定输出功率范围是根据所述在一段时间内是功率监测装置100扫描到的所述最大值的数值集中程度确定的。所述稳定输出功率概率范围可以是在一段时间所述稳定输出功率范围内的所述最大值的个数占总的最大值的个数的比例。

在一个实施例中，所述多个所述最大值的范围可以从29w-50w。其中所述最大值为46w-49w的数量可以为473次，因此所述最大值范围在46w-49w时出现的频率较高，可以设定为所述稳定输出功率范围。即所述最大值为46w-49w占500个最大值的94.6％,因此可以确定所述稳定输出功率范围对应的稳定输出功率概率范围在94％-95％。可以理解为在当前使用工况下，在所述太阳能组件300的稳定输出功率范围在46w-49w。

在步骤s50中，当在所述稳定输出功率范围内出现的所述最大值的个数少于上次扫描所述稳定输出功率范围内所述最大值的个数时，由于总的所述最大值的数量不变，说明此时所述稳定输出功率范围有所偏移，即此时发电不够稳定，因此可以需要增加扫描频率，以提高数据采集的次数，做更精准的输出功率分析。

如果所述稳定输出功率概率范围内出现的所述最大值的个数大于上次扫描所述稳定输出功率概率范围内所述最大值的个数时，说明此时所述太阳能组件300发电功率更为稳定，无需过于频繁采集所述太阳能组件300的输出功率值，此时可以降低扫描频率。通过降低扫描频率可以达到省电的目的。

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本专利范围的限制。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。