一种光伏组件实现Domino式自动化雪的电热转换控制方法与流程

本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏组件实现domino式自动化雪的电热转换控制方法。

背景技术：

布置于纬度较高地区(如中国东北、加拿大、北欧)的屋顶光伏发电系统一年中相当长时间内经常会遇到因积雪导致系统不发电的问题，而传统的除雪方式一是通过人工扫雪、喷洒热水、撒盐或喷洒融雪剂的方式来除去光伏板表面的积雪。采用人工的方式不仅费时费力、成本高，而且容易损坏光伏板。第二个除雪方式是在光伏板有覆雪的情况下给光伏板反向供电，把光伏板上的电极连线栅条作为电热丝，对光伏板加热。过去这种方法需要外部电源供电，启动时需要的功率很大，不仅耗电，而且启动时需要人工干预。所以该方法至今一直没有得到普及应用。另外安装了光伏板的屋顶，如果不能够及时化雪，更容易造成屋顶积雪的反复积累，增加了对屋顶承重的要求，不利于光伏屋顶的推广。

技术实现要素：

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种光伏组件实现domino式自动化雪的电热转换控制方法。

本发明提出的一种光伏组件实现domino式自动化雪的电热转换控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

当第一检测值达到第一阈值，通过第一光伏组件给第二光伏组件反向供电；

当第二检测值达到第二阈值，通过第一光伏组件和第二光伏组件给第三光伏组件反向供电；

当第三检测值达到第三阈值，通过第一光伏组件、第二光伏组件和第三光伏组件给第四光伏组件反向供电；

以此类推；

当第m-1检测值达到第m-1阈值，通过第一光伏组件至第m-1光伏组件给第m光伏组件反向供电；

当第m检测值达到第m阈值，通过第一光伏组件至第m光伏组件给外部负载供电，m≧5。

优选的，通过第一光伏组件至第n-1光伏组件给第n光伏组件反向供电的具体方式为：将第一光伏组件至第n光伏组件串联形成闭合回路，其中，第n光伏组件与第n-1光伏组件同极连接，第n光伏组件与第一光伏组件同极连接，第k光伏组件与第k+1光伏组件异极连接，2≦n≦m，1≦k≦n-2。

优选的，第二检测值为第一光伏组件给第二光伏组件反向供电的电流检测值，第j检测值为第一光伏组件至第j-1光伏组件给第j光伏组件反向供电的电流检测值，3≦j≦m。

优选的，第s检测值为第s光伏组件上的压力检测值，2≦s≦m。

优选的，第一检测值为第一光伏组件至第m光伏组件给外部负载供电时的电气参数。

优选的，第i光伏组件的输出功率大于第i-1光伏组件的输出功率，3≦i≦m。

优选的，第i光伏组件中包含的光伏板的数量大于第i-1光伏组件中包含的光伏板的数量。

优选的，第二光伏组件中包含的光伏板、第三光伏组件中包含的光伏板至第m光伏组件中包含的光伏板均安装在同一个倾斜平面p上；倾斜平面p上的光伏板呈矩阵排布，沿着倾斜平面p的倾斜方向的一列光伏板中，属于第l光伏组件中的光伏板位于属于第g光伏组件中光伏板的下方，2≦l﹤g≦m。

优选的，第一光伏组件中包含的光伏板安装在倾斜平面p上。

优选的，第一光伏组件中包含的光伏板竖直安装。

本发明提出的一种光伏组件实现domino式自动化雪的电热转换控制方法，通过光伏组件反向供电发热的特性对光伏组件上的积雪进行清理，实现了光伏组件在积雪清理时的自动化和自供能。通过本发明可在不使用外部供电的前提下有效解决光伏板上因为积雪覆盖而导致的光伏发电量下降的问题。

本发明中，随着用于反向供电的光伏组件的增加，被反向供电的光伏组件获得的功率越来越大，使得反向供电过程中，被反向供电的光伏组件的工作功率呈现递增趋势。

本发明提出的一种光伏组件实现domino式自动化雪的电热转换控制方法用于通过反向供电融化积雪时，随着用于发电的光伏组件的增加，电热转换效率逐渐提升，实现了domino(多米诺骨牌)效应，有利于提高化雪效率，降低化雪时间。

附图说明

图1为本发明提出的一种光伏组件实现domino式自动化雪的电热转换控制方法流程图；

图2为实现图1所示方法中光伏板分组示意图；

图3为实施例2提供的用于实现图1所示方法的电路原理图；

图4为图3所示实施例的等效电路图；

图5为为实施例3提供的用于实现图1所示方法的电路原理图；

图6为图5所示实施例的等效电路图。

具体实施方式

本发明中提到的光伏组件中包含一块或者多块光伏板；光伏组件包含多块光伏板时，光伏组件为由多块光伏板通过功率叠加形成的光伏电源。具体的，光伏组件包含多块光伏板时，多块光伏板串联和/或并联连接。

本发明中提到的同极连接表示，两个光伏组件连接时，一个光伏组件的正极连接另一个光伏组件的正极，或者，一个光伏组件的负极连接另一个光伏组件的负极。

本发明中提到的异极连接表示，两个光伏组件连接时，一个光伏组件的正极连接另一个光伏组件的负极。

本发明中，第一极性端子和第二极性端子为电气元件的正负极，具体的，当第一极性端子为正极，第二极性端子则为负极；或者，当第一极性端子为负极，第二极性端子则为正极。

参照图1，本发明提出的一种光伏组件实现domino式自动化雪的电热转换控制方法，包括以下步骤：

当第一检测值达到第一阈值，通过第一光伏组件给第二光伏组件反向供电；

当第二检测值达到第二阈值，通过第一光伏组件和第二光伏组件给第三光伏组件反向供电；

当第三检测值达到第三阈值，通过第一光伏组件、第二光伏组件和第三光伏组件给第四光伏组件反向供电；

以此类推；

当第m-1检测值达到第m-1阈值，通过第一光伏组件至第m-1光伏组件给第m光伏组件反向供电；

当第m检测值达到第m阈值，通过第一光伏组件至第m光伏组件给外部负载供电。

本实施方式中，通过第一光伏组件至第n-1光伏组件给第n光伏组件反向供电时，2≦n≦m，通过累加第一光伏组件至第n-1光伏组件的输出功率，使得第n光伏组件在大电压反向供电下发热。如此，当第n光伏组件中的光伏板上覆盖有积雪时，可通过第n光伏组件的发热对积雪进行融化，便于积雪清理。

本实施方式中，通过光伏组件反向供电发热的特性对光伏组件上的积雪进行清理，实现了光伏组件在积雪清理时的自动化和自供能。且，随着积雪的清理，n值不断增加，即被反向供电的光伏组件获得的供电功率越来越大，有利于提高发热效率，从而提高化雪效率。具体实施时，可选择m≧5。

具体的，本实施方式中，通过第一光伏组件至第n-1光伏组件给第n光伏组件反向供电的具体方式为：将第一光伏组件至第n光伏组件串联形成闭合回路，其中，第n光伏组件与第n-1光伏组件同极连接，第n光伏组件与第一光伏组件同极连接，第k光伏组件与第k+1光伏组件异极连接，2≦n≦m，1≦k≦n-2。如此，第一光伏组件至第n-1光伏组件串联形成电源，第n-1光伏组件作为耗电负载，使得第n-1光伏组件获得的工作电压un为第一光伏组件供电电压至第n-1光伏组件供电电压之和，即ui为第i光伏组件的供电电压。

本实施方式中，相同的光照条件下，第i光伏组件的输出功率大于第i-1光伏组件的输出功率，3≦i≦m，具体可设置为，第i光伏组件中包含的光伏板的数量大于第i-1光伏组件中包含的光伏板的数量。如此，随着被反向供电的光伏组件获得的供电功率越来越大，实现了被反向供电的光伏组件包含的光伏板的数量也越来越多，实现了同批次发热的光伏板的数量与供电功率总和的正比例关系，从而在保证单个光伏板的发热效率的前提下，通过提高同批次发热的光伏板数量提高了光伏板的化雪效率。

具体的，本实施方式中，第二光伏组件中包含的光伏板、第三光伏组件中包含的光伏板至第m光伏组件中包含的光伏板均安装在同一个倾斜平面p上；倾斜平面p上的光伏板呈矩阵排布，沿着倾斜平面p的倾斜方向的一列光伏板中，属于第l光伏组件中的光伏板位于属于第g光伏组件中光伏板的下方，2≦l﹤g≦m。

如此，本实施方式中，将该控制方法应用于倾斜平面p上的光伏板，通过光伏组件自发热化雪时，光伏板上的积雪由贴近光伏板的平面开始融化，从而方便积雪沿着倾斜平面p滑落，提高积雪清理效率。且，本实施方式中，在倾斜平面p上实现了同一列光伏板由下向上发热的顺序，从而实现了由下向上清理积雪的顺序，有利于避免下方的积雪阻挡上方积雪的滑落，从而有利于进一步通过积雪融化与积雪滑落配合以提高积雪清理效率。

具体的，本实施方式中，可通过将倾斜平面p上的光伏板组成一个无缝平面，以进一步降低积雪滑落的阻力。

本实施方式中，第一光伏组件中包含的光伏板安装在倾斜平面p上。如此，在积雪融化时，可通过其他方式例如手动清理消除第一光伏组件上的积雪，然后通过第一光伏组件给第二光伏组件供电，再通过第一光伏组件和第二光伏组件给第三光伏组件供电。

具体实施时，也可设置第一光伏组件中包含的光伏板竖直安装，以避免第一光伏组件被积雪覆盖，保证第一光伏组件实时处于光电转换状态。

具体的，本实施方式中，第二检测值为第一光伏组件给第二光伏组件反向供电的电流检测值，第j检测值为第一光伏组件至第j-1光伏组件给第j光伏组件反向供电的电流检测值，2≦j≦m。具体的，当第j光伏组件被第一光伏组件至第j-1光伏组件反向供电时，随着第j光伏组件上积雪的融化，第j光伏组件受光面积组件增加，从而第一光伏组件至第j光伏组件构成的供电回路中的电流逐渐升高。故而，本实施方式中，可通过第二检测值是否达到第二阈值判断第二光伏组件上的积雪是否融化，通过第j检测值是否达到第j阈值判断第j光伏组件上的积雪是否融化。具体的，第二阈值为第二光伏组件上的积雪融化后，第一光伏组件给第二光伏组件反向供电的电流值，第j阈值为第j光伏组件上的积雪融化后，第一光伏组件至第j-1光伏组件给第j光伏组件反向供电的电流值。

具体实施时，也可设置第s检测值为第s光伏组件上的压力检测值，2≦s≦m。随着光伏组件上的积雪融化，其对应的压力检测值越来越小，设置第s光伏组件上没有积雪时检测到的压力值作为第s阈值，通过第s检测值与第s阈值的比较，便可判断第s光伏组件上的积雪是否融化。

本实施方式中，第一检测值为第一光伏组件至第m光伏组件给外部负载供电时的电气参数，具体可采用电流值、电压值或者电阻值。

具体的，本实施方式中，第一阈值、第二阈值至第m阈值均可提前进行设置，也可设置对应的模型进行实时计算。例如，第一阈值、第二阈值至第m阈值均可结合光伏板的工作特性，根据当前温度、光强等进行计算。

以下结合若干个具体的实施例，对以上方法中光伏组件的发电方式作进一步说明。

实施例1

本实施例提供了一种通过自发电实现domino式化雪的光伏发电控制系统，包括：m个光伏组件、一个电路模块和一个控制器，电路模块分别连接各光伏组件和控制器。

电路模块包括m个工作状态，第一工作状态下，第一光伏组件通过电路模块给第二光伏组件反向供电；

第二工作状态下，第一光伏组件和第二光伏组件通过电路模块给第三光伏组件反向供电；

第三工作状态下，第一光伏组件、第二光伏组件和第三光伏组件通过电路模块给第四光伏组件反向供电；

以此类推，

第m-2工作状态下，第一光伏组件至第m-2光伏组件通过电路模块给第m-1光伏组件反向供电；

第m-1工作状态下，第一光伏组件至第m-1光伏组件通过电路模块给第m光伏组件反向供电

第m工作状态下，第一光伏组件至第m光伏组件通过电路模块给外部负载供电。

由于本实施例中，第一光伏组件在电路模块的任意工作状态下均处于供电状态，故而，本实施方式中，在任意一个光伏组件被反向供电时，均可通过检测第一光伏组件所在回路的电气参数例如电流值、电压值或者电阻值判断光伏组件的方向充电进度，以便控制器根据获取的电气参数工作电路模块进行工作状态的切换。

具体，本系统应用于光伏板上的积雪融化时，也可通过在第二光伏组件、第三光伏组件……第m光伏组件上分别设置压力传感器以检测积雪融化情况，从而使得控制器根据压力传感器的检测值控制电路模块工作状态的切换。

具体的，本实施例中，在第一工作状态下，第一光伏组件与第二光伏组件同极连接形成闭合回路；在第二工作状态下，第一光伏组件、第二光伏组件与第三光伏组件串联形成闭合回路，第一光伏组件与第二光伏组件之间异极连接，第三光伏组件与第一光伏组件之间同极连接，第三光伏组件与第二光伏组件之间同极连接；在第三工作状态下，第一光伏组件、第二光伏组件、第三光伏组件与第四光伏组件串联形成闭合回路，第一光伏组件与第二光伏组件之间异极连接，第二光伏组件与第三光伏组件之间异极连接，第四光伏组件与第一光伏组件之间同极连接，第四光伏组件与第三光伏组件之间同极连接；依次类推，第a工作状态下，第一光伏组件至第a光伏组件串联形成闭合回路，其中，第a光伏组件与第a-1光伏组件同极连接，第a光伏组件与第一光伏组件同极连接，第a光伏组件与第a+1光伏组件异极连接，3≦a≦m-1，1≦a≦a-1。

具体的，本实施例中，第二光伏组件包含的光伏板数量、第三光伏组件包含的光伏板数量、第四光伏组件包含的光伏板数量……第m光伏组件包含的光伏板数量依次递增。如图2所示实施例中，第二光伏组件包含1块光伏板，第三光伏组件包含2块光伏板，第n光伏组件包含的光伏板数量比第n-1光伏组件包含的光伏板数量多2，4≦n≦m，即第三光伏组件包含的光伏板数量、第四光伏组件包含的光伏板数量……第m光伏组件包含的光伏板数量呈等差数列。具体实施时，也可设置第二光伏组件包含的光伏板数量、第三光伏组件包含的光伏板数量、第四光伏组件包含的光伏板数量……第m光伏组件包含的光伏板数量呈等比数列增长，例如设置wi＝2^i-1，其中wi为第i光伏组件中包含的光伏板数量，2≦i≦m。

实施例2

参照图3，相对于实施例1，本实施例中m＝6，即本实施例中的通过自发电实现domino式化雪的光伏发电控制系统包括6个光伏组件。具体实施时，可根据光伏发电系统中包含的光伏板数量进行分组，m可最小取值3，最大取值光伏发电系统中包含的光伏板数量之和。

本实施例中的电路模块包括导电线路d12、d13、d14、d15、d16、d1、d2、d3、d4、d5、d61、d62、d63、d64和d65。

第一光伏组件x1的第一极性端子通过导电线路d12、d13、d14、d15和d16分别连接第二光伏组件x2的第一极性端子、第三光伏组件x3的第一极性端子、第四光伏组件x4的第一极性端子、第五光伏组件x5的第一极性端子和第六光伏组件x6的第一极性端子。

第一光伏组件x1的第二极性端子通过导电线路d1连接第二光伏组件x2的第一极性端子，第二光伏组件x2的第二极性端子通过导电线路d2连接第三光伏组件x3的第一极性端子，第三光伏组件x3的第二极性端子通过导电线路d3连接第四光伏组件x4的第一极性端子，第四光伏组件x4的第二极性端子通过导电线路d4连接第五光伏组件x5的第一极性端子，第五光伏组件x5的第二极性端子通过导电线路d5连接第六光伏组件x6的第一极性端子。

第六光伏组件x6的第二极性端子通过导电线路d61、d62、d63、d64和d65分别连接第一光伏组件x1的第二极性端子、第二光伏组件x2的第二极性端子、第三光伏组件x3的第二极性端子、第四光伏组件x4的第二极性端子和第五光伏组件x5的第二极性端子。

如此，本实施例中，通过控制各导电线路的通断，可控制各光伏组件的发电方式。

当d61、d62和d12导通时，第一光伏组件x1给第二光伏组件x2反向供电；

当d1、d62、d63和d13导通时，第一光伏组件x1和第二光伏组件x2给第三光伏组件x3反向供电；

当d1、d2、d63、d64、d14导通时，第一光伏组件x1、第二光伏组件x2和第三光伏组件x3给第四光伏组件x4反向供电；

当d1、d2、d3、d64、d65、d15导通时，第一光伏组件x1、第二光伏组件x2、第三光伏组件x3和第四光伏组件x4给第五光伏组件x5反向供电；

当d1、d2、d3、d4、d65、d16导通时，第一光伏组件x1、第二光伏组件x2、第三光伏组件x3、第四光伏组件x4和第五光伏组件x5给第六光伏组件x6反向供电；

当d1、d2、d3、d4、d5导通时，第一光伏组件x1、第二光伏组件x2、第三光伏组件x3、第四光伏组件x4、第五光伏组件x5和第六光伏组件x6串联形成给外部负载发电的供电电源，此时，第一光伏组件x1的第一极性端子作为供电电源的第一极性端子，第六光伏组件x6的第二极性端子作为供电电源的第二极性端子。

具体的，本实施例中，可通过在导电线路上设置开关，控制器分别连接各开关，从而控制器通过开关控制对应的导电线路的通断，以控制光伏组件的发电方式。

或者参照图4,，也可设置第一光伏组件x1的第二极性端子通过继电器sb1分别连接导电线路d1和d61；设置第二光伏组件x2的第一极性端子通过继电器sa2分别连接导电线路d1和d12，设置第二光伏组件x2的第二极性端子通过继电器sb2分别连接导电线路d2和d62；设置第三光伏组件x3的第一极性端子通过继电器sa3分别连接导电线路d2和d13，设置第三光伏组件x3的第二极性端子通过继电器sb3分别连接导电线路d3和d63；设置第四光伏组件x4的第一极性端子通过继电器sa4分别连接导电线路d3和d14，设置第四光伏组件x4的第二极性端子通过继电器sb4分别连接导电线路d4和d64；设置第五光伏组件x5的第一极性端子通过继电器sa5分别连接导电线路d4和d15，设置第五光伏组件x5的第二极性端子通过继电器sb5分别连接导电线路d5和d65；设置第六光伏组件x6的第一极性端子通过继电器sa6分别连接导电线路d5和d16。如此，控制器分别连接各继电器，以便通过控制继电器的导通方向控制各导电线路的通断。

具体的，本实施例中，外部负载通过供电端out接入电路模块，第一光伏组件x1的第一极性端子与供电端的第一极性端子之间通过开关元件连接，第六光伏组件x6的第二极性端子与供电端的第二极性端子之间通过开关元件连接，以便在光伏组件被反向供电时，通过开关元件断开电路模块与外部负载的连接。开关元件可采用开关或者继电器等。

实施例3

参照图5，本实施例相对于实施例1，m＝6，电路模块包括导电线路t12、t23、t34、t45、t56、y12、y23、y34、y45、y56、t21、t31、t41、t51和t61。

第一光伏组件x1的第一极性端子通过导电线路t12和y12分别连接第二光伏组件x2的第一极性端子和第二光伏组件x2的第二极性端子；

第二光伏组件x2的第一极性端子通过导电线路t23和y23分别连接第三光伏组件x3的第一极性端子和第三光伏组件x3的第二极性端子；

第三光伏组件x3的第一极性端子通过导电线路t34和y34分别连接第四光伏组件x4的第一极性端子和第四光伏组件x4的第二极性端子；

第四光伏组件x4的第一极性端子通过导电线路t45和y45分别连接第五光伏组件x5的第一极性端子和第五光伏组件x5的第二极性端子；

第五光伏组件x5的第一极性端子通过导电线路t56和y56分别连接第六光伏组件x6的第一极性端子和第六光伏组件x6的第二极性端子；

第二光伏组件x2的第二极性端子、第三光伏组件x3的第二极性端子、第四光伏组件x4的第二极性端子、第五光伏组件x5的第二极性端子和第六光伏组件x6的第二极性端子分别通过导电线路t21、t31、t41、t51和t61连接第一光伏组件x1的第二极性端子。

每一条导电线路均具有短路(导通)和断路(断开)两种状态。

当导电线路t12和t21导通，则第一光伏组件x1给第二光伏组件x2反向供电；

当导电线路y12、t23和t31导通，则第一光伏组件x1和第二光伏组件x2给第三光伏组件x3反向供电；

当导电线路y12、y23、t34和t41导通，则第一光伏组件x1、第二光伏组件x2和第三光伏组件x3给第四光伏组件x4反向供电；

当导电线路y12、y23、y34、t45和t51导通，则第一光伏组件x1、第二光伏组件x2、第三光伏组件x3和第四光伏组件x4给第五光伏组件x5反向供电；

当导电线路y12、y23、y34、y45、t56和t61导通，第一光伏组件x1、第二光伏组件x2、第三光伏组件x3、第四光伏组件x4和第五光伏组件x5给第六光伏组件x6反向供电；

当导电线路y12、y23、y34、y45和y56导通，第一光伏组件x1、第二光伏组件x2、第三光伏组件x3、第四光伏组件x4、第五光伏组件x5和第六光伏组件x6串联形成给外部负载发电的供电电源，此时，第一光伏组件x1的第一极性端子作为供电电源的第一极性端子，第六光伏组件x6的第二极性端子作为供电电源的第二极性端子。

具体的，本实施例中，可通过在导电线路上设置开关，控制器分别连接各开关，从而控制器通过开关控制对应的导电线路的通断，以控制光伏组件的发电方式。

或者，参照图6，第二光伏组件x2的第一极性端子通过继电器ra2分别连接导电线路t12、t23和y23，第三光伏组件x3的第一极性端子通过继电器ra3分别连接导电线路t23、t34和y34，第四光伏组件x4的第一极性端子通过继电器ra4分别连接导电线路t34、t45和y45，第五光伏组件x5的第一极性端子通过继电器ra5分别连接导电线路t45、t56和y56，第六光伏组件x6的第一极性端子通过继电器ra6连接导电线路t56；第二光伏组件x2的第二极性端子通过继电器rb2分别连接导电线路t21和y12，第三光伏组件x3的第二极性端子通过继电器rb3分别连接导电线路t31和y23，第四光伏组件x4的第二极性端子通过继电器rb4分别连接导电线路t41和y34，第五光伏组件x5的第二极性端子通过继电器rb5分别连接导电线路t51和y45，第六光伏组件x6的第二极性端子通过继电器rb6分别连接导电线路t61和y56。如此，控制器分别连接各继电器，以便通过控制继电器的导通方向控制各导电线路的通断。

具体的，实施例中，外部负载通过供电端out接入电路模块，第一光伏组件x1的第二极性端子与供电端的第二极性端子之间通过开关元件连接，第六光伏组件x6的第一极性端子与供电端的第一极性端子之间通过开关元件连接，以便在光伏组件被反向供电时，通过开关元件断开电路模块与外部负载的连接。开关元件可采用开关或者继电器等。

具体的，本实施例中，第六光伏组件x6的第一极性端子与供电端的第一极性端子之间通过继电器ra6连接，第一光伏组件x1的第二极性端子与供电端的第二极性端子之间直接连接。

以上所述，仅为本发明涉及的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。