专利名称：太阳能组件自动除雪装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能组件自动除雪装置及其控制方法。
背景技术：
随着人类对新能源开发应用的重视，加大了资金的投入，太阳能光伏事业也得到了蓬勃发展，太阳能光伏应用领域也越来越广。然而在一些严寒及偏远地区，由于常受到冰雪危害，在积冰雪覆盖情况下使得组件发电性能下降，并使支架系统承受严重的冰雪荷载。然而行业里对于积冰雪并无良好清除方法，对于轻度积雪通常是利用自身倾角和太阳辐射使之融化消除，严重影响了光伏系统发电性能，对于严重积雪通常是人工扫除，费时费力，对于像BIPV或高山偏远地区积雪更是难以清除。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种太阳能组件自动除雪装置及其控制方法，使得组件可以应用于严寒、多冰雪地区。本发明解决其技术问题所采用的方案是一种太阳能组件自动除雪装置，包括电热膜，电热膜贴附在太阳能组件的背板上，电热膜的正极和组件正极相连，负极和组件负极相连，在电热膜与组件之间串联电子开关，在组件构成的组件串与逆变器之间并联带控制开关的蓄电池组，控制开关和电子开关分别与控制发射器控制连接，控制发射器连接以太网。电子开关为无线电子开关，控制发射器与无线电子开关无线连接。进一步限定，控制发射器包括PC机和与PC机连接的无线数据传输模块，无线电子开关包括单片机和与单片机连接的无线数据传输模块，控制发射器的PC机与无线电子开关的单片机通过各自的无线数据传输模块进行无线通信控制，PC机与控制开关通过通讯线连接。一种太阳能组件自动除雪装置的控制方法，在下雪或冰冻时段，控制发射器发出无线信号给每个无线电子开关，接通组件与电热膜之间的电路，电热膜开始加热，当太阳辐射较低或者夜晚时间，控制发射器发出控制信号给蓄电池组，蓄电池组利用组件本身的电路向电热膜供电。控制发射器通过以太网接收气象数据，根据气象数据预测的下雪或冰冻时段控制电热膜的工作。具体步骤如下A、首先控制发射器(8)不断获取气象数据，并根据气象数据判断是否处于下雪或冰冻时段；B、当处于下雪或冰冻时段，控制发射器(8)给无线电子开关(4)发出采集组件电压、电流的工作信号，否则结束；C、无线电子开关(4)采集数据并传输给控制发射器(8)；D、控制发射器⑶判断太阳能组件⑵的功率是否够供给电热膜⑴工作；
E、如果太阳能组件⑵的功率足够供给电热膜⑴工作，控制发射器⑶发出无线控制信号给每个无线电子开关G)，接通太阳能组件(2)与电热膜(1)之间的电路，通过太阳能组件( 供给能量，电热膜(1)工作加热；如果太阳能组件O)的功率不够供给电热膜(1)工作，控制发射器(8)控制控制开关(6)闭合，控制发射器(8)发出无线控制信号闭合每个无线电子开关G)，通过蓄电池组(7)供给能量，电热膜(1)工作加热；F、返回步骤B，并由此依次执行各步骤。本发明的有益效果是可以有效清除组件表面的积雪和冰冻，提高组件在严寒、多冰雪地区的适应能力，提高发电效率。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；图1是本发明的组件背面贴附电热膜的结构示意图；图2是本发明的除雪装置的电气连接图；图3是本发明的控制发射器的电路图；图4是本发明的无线电子开关的电路图；图5是本发明的控制方法原理框图；图中，1.电热膜，2.太阳能组件，3.背板，4.无线电子开关，5.逆变器，6.控制开关，7.蓄电池组，8.控制发射器。
具体实施例方式如图1和2所示，一种太阳能组件自动除雪装置，包括电热膜1、无线电子开关4、 控制发射器8、蓄电池组7，电热膜1采用高分子电热膜，其形状尺寸根据组件的背板3尺寸而定，但需在接线盒处开孔，通过双面胶将电热膜1均勻粘贴到背板3上。无线电子开关 4包括无线通信模块、内置天线和电子开关。由于电热膜1的工作电压范围很宽，如3V 200V，所以基本能适应所有类型的组件。单位电热膜1的功率选择范围也很宽，如50W 200W/m2，可根据当地气候状况进行选择，对于一般性年下雪次数在3次以下，积雪厚度不超过3cm地区，选择50W/m2电热膜已经足够。电热膜1的正极和太阳能组件2正极相连，负极和太阳能组件2负极相连，在电热膜1与太阳能组件2之间串联电子开关，在太阳能组件2构成的组件串与逆变器5之间并联带控制开关6的蓄电池组7，控制发射器8与无线电子开关4无线连接，控制开关6与控制发射器8通过RS485通讯线连接，控制发射器8连接以太网，通过以太网接收气象数据如天气预报。当通过气象局预报有冰冻或下雪天气时，根据天气预报的预测时间段，控制发射器8提前发出信号给每块组件上的无线电子开关4，接通电路，电热膜1利用组件发出的电能开始加热。当太阳辐射较低或夜晚时间，太阳组件无电能时组件串处的蓄电池组7，利用组件本身的电缆将电能送至电热膜1使之加热产生热量。控制发射器8可采用单片机或电脑，其主要功能为获取网络天气信号、处理数据、发出无线控制信号、发出通讯控制信号。
如图3和4所示，控制发射器8采用PC机加无线数据传输模块来实现，其主要功能为获取网络天气信号、处理数据、发出无线控制信号、发出通讯控制信号。一个典型的实现方法如使用PC机和基于nRF401器件的无线数据传输模块PTR2000。PTR2000是基于 nRF401器件的无线数据传输模块，采用低发射频率、高灵敏度设计。该器件使用433MHz频段，是真正的单片UHF无线收发一体器件，其工作模式包括工作频道的设置和发送、接收、 待机状态，由TXEN、CS、PWM 3个引脚共同决定。PC机与PTR2000的电路连接如图3所示， 主要连接为PC机的连接电路采用MAX202器件对PTR2000模块和计算机串口进行RS-232 和TTL电平转换，将PTR2000与MAX202的输入和输出信号连接，转换后的信号与计算机的串口连接。在组件端的无线电子开关4可采用单片机AT89C52加无线数据传输模块PTR2000 来实现，其主要电路连接图如图4所示，为AT89C52的RXD和T)(D引脚与PTR2000模块的DO 和DI引脚直接相连。PTR2000的模式控制引脚与单片机的控制引脚相连。AT89C52单片机主要完成数据的采集和处理，向PTR2000模块发送数据，并接收由 PC机通过PTR2000传送的数据。和单片机相连的PTR2000模块主要将单片机的待传数据调制成射频信号，再发送到PC机端的PTR2000模块，同时接收PC机端的PTR2000模块传送的射频信号，并调制成单片机可识别的TTL信号送至单片机。如图5所示，具体步骤如下A、首先控制发射器8不断获取气象数据，并根据气象数据判断是否处于下雪或冰冻时段；B、当处于下雪或冰冻时段，控制发射器8给无线电子开关4发出采集组件电压、电流的工作信号，否则结束；C、无线电子开关4采集数据并传输给控制发射器8 ；D、控制发射器8判断太阳能组件2的功率是否够供给电热膜1工作；E、如果太阳能组件2的功率足够供给电热膜1工作，控制发射器8发出无线控制信号给每个无线电子开关4，接通太阳能组件2与电热膜1之间的电路，通过太阳能组件2 供给能量，电热膜1工作加热；如果太阳能组件2的功率不够供给电热膜1工作，控制发射器8控制控制开关6 闭合，控制发射器8发出无线控制信号闭合每个无线电子开关4，通过蓄电池组7供给能量， 电热膜1工作加热；F、返回步骤B，并由此依次执行各步骤。例如，在一个下雪天气，积雪速率大约为lmm/min，雪的密度大约为0. 05g/cm3，将 Ig雪加热为0°c的水大约需要79. 67卡能量，白天太阳辐射量大约为200W/m2，组件尺寸为 1650mm*992mm，组件峰值功率为230W，在组件背面贴上50W/m2的电热膜，用于晚上加热的蓄电池为(6个12V，60Ah)，贝丨J 白天利用组件提供能量加热，组件提供能量约=46ffmin积雪融化需能量约为=1956卡min = = 45ffmin基本上可以利用组件能量进行加热除雪。晚上由于使用蓄电池，电热膜工作在最大功率处，则此时加热能量为 50ff*l. 65*0. 992 = 81. 84ffmin
完全可以利用蓄电池加热除雪。
权利要求
1.一种太阳能组件自动除雪装置，其特征是包括电热膜(1)，所述的电热膜(1)贴附在太阳能组件⑵的背板⑶上，所述的电热膜⑴的正极和太阳能组件⑵正极相连，负极和太阳能组件⑵负极相连，在电热膜⑴与太阳能组件⑵之间串联电子开关，在太阳能组件(2)构成的组件串与逆变器(5)之间并联带控制开关(6)的蓄电池组(7)，控制开关 (6)和电子开关分别与控制发射器(8)控制连接，控制发射器(8)连接以太网。
2.根据权利要求1所述的太阳能组件自动除雪装置，其特征是所述的电子开关为无线电子开关G)，控制发射器(8)与无线电子开关(4)无线连接。
3.根据权利要求2所述的太阳能组件自动除雪装置，其特征是所述的控制发射器(8) 包括PC机和与PC机连接的无线数据传输模块，所述的无线电子开关(4)包括单片机和与单片机连接的无线数据传输模块，控制发射器(8)的PC机与无线电子开关(4)的单片机通过各自的无线数据传输模块进行无线通信控制，PC机与控制开关(6)通过通讯线连接。
4.一种权利要求1或2或3所述的太阳能组件自动除雪装置的控制方法，其特征是 在下雪或冰冻时段，控制发射器(8)发出无线信号给每个无线电子开关G)，接通太阳能组件⑵与电热膜⑴之间的电路，电热膜⑴开始加热，当太阳辐射较低或者夜晚时间，控制发射器⑶发出控制信号给蓄电池组(7)，蓄电池组(7)利用太阳能组件(2)本身的电路向电热膜(1)供电。
5.根据权利要求4所述的太阳能组件自动除雪装置的控制方法，其特征是所述的控制发射器(8)通过以太网接收气象数据，根据气象数据预测的下雪或冰冻时段控制电热膜的工作。
6.根据权利要求5所述的太阳能组件自动除雪装置的控制方法，其特征是具体步骤如下A、首先控制发射器(8)不断获取气象数据，并根据气象数据判断是否处于下雪或冰冻时段；B、当处于下雪或冰冻时段，控制发射器(8)给无线电子开关(4)发出采集组件电压、电流的工作信号，否则结束；C、无线电子开关(4)采集数据并传输给控制发射器(8)；D、控制发射器(8)判断太阳能组件O)的功率是否够供给电热膜(1)工作；E、如果太阳能组件O)的功率足够供给电热膜(1)工作，控制发射器(8)发出无线控制信号给每个无线电子开关G)，接通太阳能组件( 与电热膜(1)之间的电路，通过太阳能组件( 供给能量，电热膜(1)工作加热；如果太阳能组件O)的功率不够供给电热膜(1)工作，控制发射器(8)控制控制开关 (6)闭合，控制发射器(8)发出无线控制信号闭合每个无线电子开关，通过蓄电池组(7) 供给能量，电热膜(1)工作加热；F、返回步骤B，并由此依次执行各步骤。
全文摘要
本发明涉及一种太阳能组件自动除雪装置及其控制方法。该装置包括电热膜，电热膜贴附在太阳能组件的背板上。电热膜的和组件相连，在电热膜与组件之间串联电子开关，在组件构成的组件串与逆变器之间并联带控制开关的蓄电池组，控制开关和电子开关分别与控制发射器控制连接，控制发射器连接以太网。在下雪或冰冻时段，控制发射器发出无线信号给每个无线电子开关，接通组件与电热膜之间的电路，电热膜开始加热，当太阳辐射较低或者夜晚时间，控制发射器发出控制信号给蓄电池组，蓄电池组利用组件本身的电路向电热膜供电。本发明的有益效果是可以有效清除组件表面的积雪和冰冻，提高组件在严寒、多冰雪地区的适应能力，提高发电效率。
文档编号B08B7/00GK102446984SQ20111040531
公开日2012年5月9日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年12月8日
发明者姜猛, 张臻, 韩卫华 申请人:常州天合光能有限公司