专利名称：太阳能光电板组串发电监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电源监控技术，尤其涉及一种可独立使用或安装在电源开关箱内 部监测电压、电流、功率、实功等电力信息，而在液晶显示器上显示监控数据，或通过无线或 有线通讯模块与外部控制器双向传递的电源监控装置。
背景技术：
现今已知的直流回路测量方法，大都是单一回路测量，不能同时测量多组回路 (如，10组)及各回路的总和电能、电力的设计，也不能使用电源及测量范围能从70V 900V这么宽广的量程。另外，一般能处理很宽广的电流量程和很宽广的温度范围，并仍保有一定准确度， 都必须通过仪器级的电路设计及应用，若再将多组测量电路集中在一起，必然会使得体积 变得非常庞大，而且整体电路成本也相对偏高，以致根本不符合实用性及经济性的要求。
实用新型内容本实用新型的目的主要在于提供一种太阳能光电板组串发电监测装置，其包括一 片易于装配的底板、一片测量板以及一片控制板，为适合本装置在太阳能光电板的发电集 中箱内(一般称为直流箱或DC箱)，能供测量每一个组串的发电电压、电流、功率及累计的 发电量，进而判断各组串的发电量是否正常合理，可快速找出低效率的光电板或故障回路， 借此确保每片光电板均能正常发电。本实用新型的次要目的，在于提供一种太阳能光电板组串发电监测装置，能通过 控制中心从远程搜集每一串光电板的发电数据而完成统计和分析工作，进而判断各回路转 换及传输效率。本实用新型的又一目的，在于提供一种太阳能光电板组串发电监测装置，能就地 实时自动计算并显示每一组串的发电功率及发电百分比，并经由预先所设定的下限发电量 百分比值自动判断，若低于所设定的值，将显示闪烁指示灯，能在现场用低廉的成本就能立 即指引巡视人员找出故障或低效率的光电板之所在。本实用新型的另一目的，在于提供一种太阳能光电板组串发电监测装置，其所使 用的电源直接由光电板的电源所提供，无需额外配置外部电源，并使用无线Zigbee通讯模 块，让测量、信息搜集等全无线化。减少按装配线的工程及线材，同时也让系统维护更简单、 更有效率，增加应用上的方便性和可靠性。本实用新型的再一目的，在于提供一种太阳能光电板组串发电监测装置，其电源 供应是直接取自光电板的发电电压，故具有很宽广(70V 900V)的工作电压范围技术和非 常低的功耗，且其测量电路能适应很宽广的电压及电流量量程和宽广的工作温度范围。为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下一种太阳能光电板组串发电监测装置，该发电监测装置包含一片装配用的底板、 一片含有电源供应和多组发电回路监测的测量板、一片具有显示操作和通讯的控制板，将所述三者结合成一体；所述底板设于最下层，并固定在密闭的箱体内或集中配电箱内，于所 述底板上放置一片测量各组串电力信息及电源供应的测量板，其中电源供应来自电源端子 座输入而取得，而各组串的电力测量从光电板组串的负端端子座取得，所述测量板为监测 由端子多个组串的每一组输入电流及功率，而将多组电流汇合到电源端子座的负端输出， 光电板发电正极电源端子台的正端则取自各组串的正端并联后的总电压，该电压除被测量 获取电压、功率、电能监测信息外，并能经由转换提供所需的工作电源。其中，所述含有电源供应和多组发电回路监测的测量板上设有RS-485通讯接口 和异常状态指示的外接端子。所述具有显示操作和通讯的控制板为人机操作面板，并设有能够轮流显示所有测 量及设定信息的液晶显示屏LCD，且于操作按键区设有多个可轮显LCD信息及设定使用的 触控键。所述具有显示操作和通讯的控制板设有Zigbee通讯模块接口，并使用Zigbee无 线方式及自动跳接所组成的网络。所述发电监测装置的最上层装设有一片防触电透明面板。所述密闭的箱体或集中配电箱内设有保护开关及正极电源并联及防逆装置，以及 汇集后连接到后端变流器的输出端子。所述发电监测装置主要包括如下功能模块各光电板组串输入电流检测及分时切 换、组串电流模拟信号倍率控制、组串电流模拟信号交流化处理、各组串电能测量、光电板 正极电源输入及电源供应转换、各组串负极电源并联输出及倍率控制、总合电流模拟信号 交流化处理、总合电能测量、RS-485通讯接口、电压模拟信号倍率处理及交流化处理、IXD 显示及推动、Zigbee无线通讯接口、微处理器及外围、功能指示及操作接口。所述发电监测装置外部待测的光电板组串的负极接到各光电板组串输入电流检 测及分时切换电路，经由其内部电流检测用电阻，以检测各组串电流的模拟信号，此多组信 号经由多任务分时切换，分时处理每一个组串的电流信号，经由分时切换后的信号通过各 光电板组串输入电流检测及分时切换电路的倍率控制，得到直流准位，再将直流信号转变 为正负半周对称的交流信号，最后再将此对称化的交流信号加到各组串电能测量，而各组 串负极电源并联输出及倍率控制将各组串的电流并联，得到总合的电流检测信号，并经过 倍率控制得到直流准位，该信号再经由总合电流模拟信号交流化处理，将直流信号转换为 正负半周对称的交流信号，然后加到总合电能测量电路。所述外部光电板的正极电源接到光电板正极电源输入及电源供应转换，经由电源 转换得到直流12V、5V、3. 3V、-5V或-IV的电压，同时光电板的正极电源经由分压，而进行电 压模拟信号倍率控制及交流化处理，而各光电板组串输入电流检测及分时切换电路，其外 部待测量光电板发电组串的每一串负极，依序接到匹配的端子，形成多串的电流检测回路， 而每一串回路都经过一个检测电阻后并接在一起。所述组串电流模拟信号倍率控制电路，包含一运算放大器，该组串电流模拟信号 交流化处理电路的电路结构进一步由运算放大器和电子式模拟开关集成电路IC所组成； 又各组串电能量测电路包含一电能测量处理IC，能将电流及电压相乘，并以脉冲信号方式 输出，而其中多组光电板串接后的负极接到光电板各组串的负极端子台后，且使用电流检 测电阻并接到光电板各组串总和端子台的负极端子，以完成各组串负极电流并接及电流测
5量信号取得，所述源供应直接来自待测光电板的发电电压，其范围在70V 900V之间，其中 多组光电板串接后的负极，每一回路都经过一个检测电阻后并接在一起，每一回路的电流 经过所述检测电阻后，便得到一个模拟电压值，配合使用模拟开关IC，分时选择某一串的发 电电流信号，经放大及对称交流化处理，再送到电能IC，以转换得到各组串功率及各组串分 时累计发电量，再计算出各组串的发电量百分比用，而组串电流模拟信号的交流处理电路， 其电路结构是由运算放大器和电子式模拟开关IC所组成。本实用新型所述的太阳能光电板组串发电监测装置，具有下列优点应用本实用新型的发电监测装置，将所述装置安装于发电集中箱内，通过测量太 阳能光电板组串的每一个组串发电电压、电流、功率及累计发电量，能够判断各族串的发电 量是否正常，并能快速找出低效率的光电板或定位故障回路，以此确保每片光电板均能正 常工作；还能够通过控制中心从远程搜集每一串光电板的发电数据而完成统计和分析工 作，进而判断各回路转换及传输效率；通过利用微处理器对测量值进行运算，能就地实时 自动计算并显示每一组串的发电功率及发电百分比，并经由预先所设定的下限发电量百分 比值自动判断；通过使用无线Zigbee通讯模块，进一步让测量、信息搜集等全无线化，并 可减少按装配线的工程及线材，同时也让系统维护更简单、更有效率，增加应用上的方便性 和可靠性。另外，该发电监测装置的电源供应直接取自光电板的发电电压，故具有很宽广 (70V 900V)的工作电压范围技术和非常低的功耗，且其测量电路能适应很宽广的电压及 电流量量程和宽广的工作温度范围。
6
图1为本实用新型的外观组成示意图； 图2为本实用新型的整体结构展开状态图； 图3为本实用新型置放在直流集中箱的配线示意图； 图4为本实用新型的功能方框图； 图5为本实用新型的电路图一； 图6为本实用新型的电路图二 ； 图7为本实用新型的电路图三； 图8为本实用新型的电路图四。部件名称
11、装配用底板
12、底板固定孔
13、电源转换及测量板
14、光电板发电正极电源端子台
15、光电板各组串并联总和负极端子台
16、光电板各组串的负极端子台
17、RS-485通讯接口和异常指示外接端子台
18、无线通讯及操作控制板
19、IXD液晶显示器 110、操作指示灯[0041]111、触控操作按键112、Zigbee无线通讯模块113、防触电透明面板21、集中配电箱22、保护开关23、正极电源并联及防逆装置24、输出端子25、组串监测装置26、光电板的配置
具体实施方式
以下结合附图及本新型的实施例对本实用新型作进一步详细的说明。如图1 图2所示，本实用新型太阳能光电板组串发电监测装置，其较佳实施方案 中，该装置主要由一片装配用的底板11、一片可测量10组串的测量板13及一片含有显示、 操作、通讯模块的控制板18所组成；可以单独放在一个密闭的箱体内，也可以放置在上述 的集中直流配电箱内，再经由适当的连接，便可从近端或远程达到监测各组串发电量的目 的。现有太阳能发电光电板，大概可分为硅晶光电板、薄膜光电板两类，由于每片光电 板的电压和电流都很小，故不适合直接将输出就拉到变流器(将直流转换成交流与市电并 联)，以较高电压的薄膜光电板为例，其每片大约只有100V/1.5A，为让配置更经济性，通常 会将光电板如6片或9片相串接变成一串600V或900V，再把各组串拉线集中到光电板附近 的一个配电箱内，然后在此配线箱内将各组串，如10组串都并接在一起，以增加其电流量 到15A(1.5AX 10)。换言之，该所称的集中直流配电箱是被置放在所欲集中光电板发电量的 适当位置，利用光电板经由串接提高电压，经由并接(并联)提高电流，而达到适当的功率 输出的目的。如图1 图2的本实用新型外观和整体结构展开状态图所示，图中最下层为一片 易于装配用的底板11，底板11上面设置数个固定孔12，易于固定在密闭的箱体内或集中配 电箱21内，该底板11上面放置一片测量板13，测量板13最主要的作用是用于测量各组串 的电力信息，以及电源供应，其中电源供应来自电源端子座14输入而取得，而各组串的电 力测量从光电板组串的负端端子座16取得；本实施例中共设计有10个组串的监测能力，换 句话说，本测量板13能监测由光电板各组串的负极端子台16端子10个组串的每一组输入 电流及功率，而其10组电流汇合到电源端子座15的负端输出，而14的正端则取自各组串 的正端并联后的总电压，该电压除被测量获取电压、功率、电能监测信息外，也能经由转换 提供本实用新型所需的工作电源。测量板上的右下角还设有RS-485通讯接口和异常指示 外接端子17，能通过RS-485接口接线远距监测各组串发电信息，也能近距观察指示灯。最 上层为控制板1 8，为本实用新型的人机操作面板，在中间的LCD显示器19，可轮流显示所 有测量及设定的信息，指示灯区110共有6只指示灯，为加强本实用新型的信息显示功能和 内容分项。操作按键区111，共有3只触控键，用以轮显IXD信息及设定之用。另为加强通 讯能力，还设有Zigbee通讯模块接口 112，使用Zigbee无线及自动跳接形成网络的功能，可
7以全不必配线就可实时取得各组串的发电数据。最上层则装置一片防触电透明面板113，以 供防止操作时误触电之用。图3为本监测装置在发电组串集中箱的内部配置及配线示意图，集中配电箱21， 一般箱内就必须有保护开关22及正极电源并联及防逆装置23，以及汇集后欲连接到后端 变流器的输出端子24等，而本实用新型的监测装置25则被装置在集中配电箱21的左下 角，负责光电板负极电源的并联和测量及传输数据的工作。而各光电板的配置26，各光电板 的串接配线是在配线箱外施行，如第一组光电板串接后的正极、负极，分别接到图中所示的 P1及N1，其余各组依此类推。这样配线与旧式的集中箱完全相同，但因为有本实用新型组 串监测装置25的加入，便可获取大阳能发电厂所有发电光电板各组串的实时及累计发电 数据，进而确保发电效率和建置质量和事后维护的效率。图4为本实用新型太阳能光电板组串发电监测装置的组成架构功能方框图，该装 置主要包括各光电板组串输入电流检测及分时切换(方框31所示)、组串电流模拟信号倍 率控制(方框32)、组串电流模拟信号交流化处理(方框33)、各组串电能测量(方框34)、 光电板正极电源输入及电源供应转换(方框35)、各组串负极电源并联输出及倍率控制(方 框36)、总合电流模拟信号交流化处理(方框37)、总合电能测量(方框38)、RS-485通讯 接口(方框39)、电压模拟信号倍率处理及交流化处理(方框310)、LCD显示及推动(方框 311)、Zigbee无线通讯接口(方框312)、微处理器及外围(方框313)、功能指示及操作接 口(方框314)等，各方框的主要作用和连接关系说明如下将外部待测的光电板组串的负极系接到图中方框31，经由31内部极微小阻值的 电流检测用电阻，可检测到各组串电流的模拟信号，此信号以本实用新型为例，共有10组 信号，经由多任务分时切换的技巧，亦即分时处理每一个组串的电流信号，经由分时切换后 的信号通过方框32的倍率控制，可得到适当的直流准位，此信号再经由方框33将直流信号 转变为正负半周对称的交流信号，亦即使正负半周在振幅上及周期比例上完全相同，最后 再将此对称化的交流信号，加到方框34进行各组串电能测量。方框36将各组串的电流并联，得到总合的电流检测信号，并经过倍率控制，可得 到适当的直流准位，此信号再经由方框37将此直流信号转换为正、负半周对称的交流信 号，然后加到方框38进行总合电能测量。外部光电板的正极电源接到方框35，经由电源转换得到DC 12V、5V、3. 3V、_5V、_1V 等电压，提供给各方框所示模块所需的电源，同时光电板的正极电源经由适当的分压，提供 给方框310做电压模拟信号倍率控制及交流化处理，使得到适当振幅且周期比例对称的交 流信号给方框34及方框3 8所示模块的电能测量，使所述方框所示模块能正确测量每一个 光电板组串及总合的当下发电功率(KW)及累积发电量(KWh)。方框313所示微处理器及外围，为本实用新型的控制和计算中心，可以直接测量 310处理后的光电板电压，也能接收方框34及方框38的各组及总合电能测量结果信号，这 些讯息经由方框313利用程序计算和运作，可在方框311IXD显示及推动作用下，显示所测 量及判断结果的讯息，方框314所示模块则可提供人机操作接口可让信息及指示更容易表 现，其测量结果也可经由方框39所示RS-485通讯接口或方框312所示Zigbee无线通讯接 口与远方监测控制中心联机，以实现更多的附加功能，让发电厂上每个组串光电板发电信 息透明化、数据化，实时掌握发电效率。[0060]以下详述本实用新型太阳能光电板组串发电监测装置各方框电路的动作原理及 作用如图5的方框31，各光电板组串输入电流检测及分时切换电路，外部待测量光电 板发电组串的每一串负极，接到端子1到端子10，共10串的电流检测回路，每一串回路都经 过一个检测电阻后并接在一起，检测电阻分别编号为R3、R5、R12、R17、R26、R32、R36、R37、 R39、R42，共10只，其阻值非常小，相当于20cm长的2. 0mm的铜线的阻值。每一回路的电流 经过检测电阻便得到一个很微小的电流模拟电压值，这个电压值正比例于通过的电流值。 方框31中的Ul、U6、U9、U12、U15均为电子式模拟开关IC，经由C1 C10控制线的作用， 可分时取出每一组的电流模拟信号，例如，图中C1为高(HI)电位，余C2 C10为低(Low) 电位，此时开关Ul的第一组模拟开关为导通，其余全断开(OFF)，这时R3上的电压便被切换 接到本功能方框图所示的电流检测信号输出端，被加到下一级方框32做倍率控制及测量， 换言之，此时测量电路是测量组串1的电流，余组串2 10动作原理类推，只要控制C1 C10，便能测量每一组串的电流。C1 C10均直接由微处理器所控制，故能同步切换待测的 组串电流并多任务处理其相对应的各组串的电流、功率、发电量等信息。如图5的方框32所示组串电流模拟信号倍率控制电路，图中U3为运算放大器，组 串电流模拟信号由电阻R4、R8输入，透过电阻R1及R9与电阻R4、R8适当的电阻比例设计， 可控制放大倍数，而得到适当的直流信号准位，图中VR2为运算放大器U3的OFFSET偏压归 零之用，使当输入组串的电流为0时，输出为0V，输入为满刻度时如15A时，可得适当的电压 准位如0. 15V的输出，其目的在使用非常小的检测电阻，使电流量测量过程几乎无功率耗 损，但仍能保持很高的准确度和分辨率的测量表现。如图5方框33所示组串电流模拟信号交流化处理电路，其电路结构主要是由运算 放大器U5和U8电子式模拟开关IC所组成，图中电阻R2与R6电阻值相等，经由U8的C11 与C12的控制可改变U5为正相放大或反相放大器，其倍率都为1，故可得到振幅对称，周期 比例相同的交流方波，其振幅与输入待测的电压相同，亦正比于待测试组串的电流，其目的 在能很宽广的温度范围内因正负极性可互相补偿抵减的作用，而有很稳定的测量表现。如图5方框34所示各组串电能量测电路，图中U4为电能测量处理IC，能将电流及 电压相乘，并以脉冲信号方式输出，电流信号来自方框33前所述之对称化的交流信号，即 代表某一组串此时的测量值，另外电压信号来自方框310，正比例于光电板发电电压的对称 化的交流信号，该交流信号即代表当下的光电板总并联后的发电电压，两个对称的交流信 号经由U4电能IC的相乘作用，可正比例输出脉冲信号的脉冲数，即频率。换言之，当两者 信号为0或其中一个为0时，则无脉冲信号输出，若两者信号都以满刻度最大值输入，就会 有满刻度最高的脉冲频率输出，由微处理器实时测量脉冲数，经由计算就可得到此时的功 率值(KW)，即电压V和电流I的乘积，亦可由微处理器来累加其所产生的脉冲数，经由计算 和常数换算就可得到累积的发电量(KWh)。如图6方框35所示光电板正极电源输入及电源供应转换电路，待测量光电板正极 并联后，其总输出电压接到图中P2的端子，此电压一方面接到方框10，经分压取出适当比 例的电压值，做为测量光电板发电电压的信号来源，另一方面此发电电压极为不稳定，范围 很宽广，如本实用新型为70V 900V，且设计能从其中取得稳定且多组的电源提供给其他 各部份电路使用。其原理作用说明如下，利用一高压二极管D5，自P2端取得发电的电压，通过一小容量的保险丝F1，连同电容C22、电阻R43及可变电阻RV2、电感L7组成第一级保护， 保护雷击或损坏时与发电板隔离勿造成影响或危险。二极管D2、D3、D7、D9、电阻R44、R50、 电解电容EC3、可变电阻RV1组成第二级高压阻挡及限制保护电路，其中D9为一高压稳压二 极管，限制电压输出最高大约400V，Q1为一高压MOS raT，用来阻挡超过400V以上的高电 压，换言之，其输出如RV1、电解电容EC3上的电压，由于此电路的作用，电压被限制在70V 400V之间。真正的电压转换是由U20及外围如稳压二极管ZD1、电阻R51、R45、电容C23、二 极管D10、变压器T1、电容C26、电阻R60、电容C29等所组成，并由光电耦合器U22回馈稳压 控制条件。其电压稳定受控于电阻R69、R72、R65、R67及稳压二极管SHR1的值，如本实用 新型主电源需5V的稳定电源，而其来自变压器T1的其中一组线圈，并经由二极管D6、电解 电容EC1、电感L2、电解电容EC2、电容C21及二极管D8等的整流和滤波所得。另外变压器 T1尚设计有一组线圈，经二极管D12整流电解电容EC4、电容C27的滤波可得到一组完全隔 离的12V电源，此电源经由方框39所示模块的稳压集成电路(IC)U25及其外围滤波、稳压 电路，可得到一隔离又稳定的5VA电源，提供给方框39所示RS-485光隔离通讯接口作用。本方框尚需提供-5V及-IV给线性电路使用，其主要是由U14切换式电容IC及电 感L1、电容C18、C19、C17、电阻R41、电容C20、二极管D4等所组成，U14可将输入的+5V转 换极性变成_5V，D4为发光二极管(LED)，利用其顺向IV的电压特性，取得大约-IV的电压 值，给上述方框3 1所示模块，如，供U1等模拟信号电子式开关IC之用。最后本方框的5V经由U26稳压IC和电容C59、电容C40的滤波，可得稳定的3. 3V 电源，提供给方框3 12所示Zigbee无线模块的工作电源。如图5方框36各组串负极电源并联输出及倍率控制电路，在方框3 1中每一组串 的电流，经由检测电阻并接在一起，接到电阻R23和电阻R27另外两只非常低的总合电流检 测用电阻后到N2输出端子，而完成光电板组串负极并接的目的。各组串并接后的总合电流 在电阻R23与电阻R27 二只并联的检测电阻上得到总合电流模拟信号，该信号被运算放大 器U10倍率控制，其放大倍数决定于电阻R24与电阻R30的比值，可变电阻VR1则为运算放 大器U10的OFFSET归零调整，其作用和目的和方框32相同。如图5方框37所示模块总合电流模拟信号交流化处理电路，其电路结构主要是由 运算放大器U11和U13电子式模拟开关IC所组成，图中电阻R25与电阻R23阻值相同，其 动作原理和作用与方框33所示模块的相同。如图5方框38总合电能测量电路，图中U2为电能测量处理IC，本能路系在测量总 合电流和总并联后电压之功率(KW)和累计发电量(KWh)之测量，其作用和方框34相同。如图6方框310电压模拟倍率控制及交流化处理电路，发电板的并联后正极性电 压自图中P2点接入，由电阻R48、R53、R57和R64分压，取得一适当比例的电压值，量测该电 压值可正比例于发电板的输出电压值。电阻R47、R52、R56的阻值与电阻R48、R53、R57都 相同，在印刷电路板布层(PCB layout)上电阻R48、R53、R57在印刷电路板(PCB)上的接 点，设计有两个隔离保护环，其保护环分别接到电阻R47、R52、R56的接点上，增加分压的准 确性和长久的稳定性。运算放大器U18配合电阻R59、R61及电容C28，共同起到高输入阻抗 及滤波作用。U19和U8及外围组成交流化电路，其作用和目的与方框33所示模块相同，其 输出为对称振幅和周期的模拟交流信号，正比例于此时光电板的发电电压，分别接到方框 34所示模块及方框38所述模块的电能测量IC的电压输入V2P端，使U4和U2能正确得到各组串及总合组串的当下发电功率(KW)和累计发电量(KWh)的信息。运算放大器U16及 电阻R54、R55、R49、电容C24等组成一适当的倍率控制，其输出正比例于光电板发电电压， 接到方框313所示模块的PB1接脚，由微处理器U21内部的A/D转换器直接测量该电压值。如图8方框313模块的微处理器及外围电路所示，本方框的微处理器U21内含运 作、计算等程序为本实用新型的控制中心，描述如下X2为高频振荡晶体，提供一个稳定的工作时基信号。X3为低频32768振荡晶体， 提供时间计算的基准信号源。电阻R73、电容C32为开机复位(RESET)电路，电阻R71为一 温度检测电阻和电阻R66、R70、电容C30共同组成一温度检测电路，微处理器U21量得电 阻R66与电阻R71的分压电压，便能计算出当下外围温度，做为温度补偿的依据。U17为记 忆IC，可储存测量调整的参数外，还提供其他测量结果及累计电能等的数据，当关电再开电 时，储存数据依仍保存不变。另外受微处理器U2 1控制的U24及U27，其输出控制线C1 C10是用来分时同步 选择测量光电板组串1 10，某一串光电板的发电数据，而C11及C12则是用来将测量信号 交流化，使上下周期对称的控制线。亦即微处理器经由U24及U27的C1 C12控制线，可 以同步并主动选择待测的组串，并对称控制正、负半周的周期，使各组串及总合电力、电能 能稳定且对较宽的工作温度范围进行准确测量。微处理器U21亦能接收及处理方框314所示操作接口，由触控IC TO并搭配 KEY1 KEY3等三只触控键操作控制，并按此时的操作指示，点亮LD2 LD7 LED,再配合方 框311的U7推动LCD显示屏，指示操作者当下所执行的内容。例如LD2目前电力，灯亮代 表此时LCD指示内容即为当下光电板的总合发电功率(KW)。LD3总发电量，灯亮代表此时 LCD指示内容为总累计发电量(KWh)。LD4效能，灯亮代表此时LCD指示内容为各组串的发电 效能(％ )和功率(W)。LD5设定，灯亮代表此时LCD指示设定参数内容，如效能判断(％ ) 或监测串行数等。LD6背光指示灯，亦能闪烁当异常警示灯。LD7为双色LED，当亮绿灯代表 各组串都发电正常，亮红灯代表至少有一组串发电效能低于所设定的效能下限值，此时外 接异常指示灯也会跟着闪亮。LD1为发电量常数，当每发电累计到lWh的能量时，LD1闪亮 一下，当发电量愈大时，LD1闪亮的频率就愈快，此信号亦能提供外部设备校正本监测器的 电能准确度之用。本实用新型为加强通讯功能，还设有如图6RS-485通讯接口方框39所示模块及无 线Zigbee通讯接口方框312所示模块；其中方框39的U32为RS-485通讯IC，可长距离的 传送信号，为增加安全性，该通讯IC独立使用一组隔离的5VA电源，该电源与待测的光电板 发电电源完全隔离，其电源来自方框35所示模块的变压器T1的一组独立线圈所感应的12V 电源，经由稳压IC U25和外围电容C35、C36、C37、C38稳压成5VA，而RS-485的通讯信号 TXD和RXD信号及控制线等则经由图中U28、U30、U31三只光电耦合器来达成，使方框313 所示微处理IC U21所测量的发电数据，经过方框39所示光电耦合器和RS-485 IC和外部 控制器在电器性隔离的条件下完成通讯目的。图7所示方框312的电路，则是另一个通讯接口，使用一个Zigbee无线通讯模块 来实现，该模块使用电源为3. 3V，由方框3. 5所示模块的U26 5V转3. 3V稳压IC所提供。方 框313图中的电容C41 C44均为3. 3V电源滤波用电容，使稳定的电压加到U29的Zigbee 模块，该模块的通讯信号线发送端(TXD)及接收端(RXD)直接接到方框313所示模块微处
11理器U21的通讯脚，即图中标示U21的PIN22、PIN 23脚，换言之由U21所测量的发电数据， 经由TXD及RXD信号线和Zigbee模块U29,使能和外部控制器利用无线方式，完成通讯目 的。图中发光二极管D13、D14作为通讯状态指示，而U33则是提供使用触控方式的二个设定 用输入信号按钮(BUTTON) 0及BUTTON 1，即使用手指接近图中标示KEY5及KEY6的触摸片， 即能设定Zigbee的通讯配对和通讯参数，让本实用新型能顺畅和外部控制器内的Zigbee 搜集器完成通讯设定，使本实用新型光电板组串发电的数据，实时可传送到控制中心，达到 每串光电板发电信息透明化和提升发电效率及简化太阳能电厂维护之目的。 上述实施例所揭，仅系本实用新型主要技术之例举说明，并非用以限定本案技术 范围，举凡涉及等效应用或基于前项技术手段为简易变更或置换者，均应视为本案技术范 围，例如，组串监视的数量或电压、电流监测范围和外型尺寸变化等，均可简易增减改变。以 上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。
1权利要求一种太阳能光电板组串发电监测装置，其特征在于，该发电监测装置包含一片装配用的底板、一片含有电源供应和多组发电回路监测的测量板、一片具有显示操作和通讯的控制板，将所述三者结合成一体；所述底板设于最下层，并固定在密闭的箱体内或集中配电箱内，于所述底板上放置一片测量各组串电力信息及电源供应的测量板，其中电源供应来自电源端子座输入而取得，而各组串的电力测量从光电板组串的负端端子座取得，所述测量板为监测由端子多个组串的每一组输入电流及功率，而将多组电流汇合到电源端子座的负端输出，光电板发电正极电源端子台的正端则取自各组串的正端并联后的总电压，该电压除被测量获取电压、功率、电能监测信息外，并能经由转换提供所需的工作电源。
2.如权利要求1所述的太阳能光电板组串发电监测装置，其特征在于，所述含有电源 供应和多组发电回路监测的测量板上设有RS-485通讯接口和异常状态指示的外接端子。
3.如权利要求1所述的太阳能光电板组串发电监测装置，其特征在于，所述具有显示 操作和通讯的控制板为人机操作面板，并设有能够轮流显示所有测量及设定信息的液晶显 示屏LCD，且于操作按键区设有多个可轮显LCD信息及设定使用的触控键。
4.如权利要求1或3所述的太阳能光电板组串发电监测装置，其特征在于，所述具有显 示操作和通讯的控制板设有Zigbee通讯模块接口，并使用Zigbee无线方式及自动跳接所 组成的网络。
5.如权利要求1所述的太阳能光电板组串发电监测装置，其特征在于，所述发电监测 装置的最上层装设有一片防触电透明面板。
6.如权利要求1所述的太阳能光电板组串发电监测装置，其特征在于，所述密闭的箱 体或集中配电箱内设有保护开关及正极电源并联及防逆装置，以及汇集后连接到后端变流 器的输出端子。
7.如权利要求1所述的太阳能光电板组串发电监测装置，其特征在于，所述发电监测 装置主要包括如下功能模块各光电板组串输入电流检测及分时切换、组串电流模拟信号 倍率控制、组串电流模拟信号交流化处理、各组串电能测量、光电板正极电源输入及电源供 应转换、各组串负极电源并联输出及倍率控制、总合电流模拟信号交流化处理、总合电能测 量、RS-485通讯接口、电压模拟信号倍率处理及交流化处理、IXD显示及推动、Zigbee无线 通讯接口、微处理器及外围、功能指示及操作接口。
8.如权利要求7所述的太阳能光电板组串发电监测装置，其特征在于，所述发电监测 装置外部待测的光电板组串的负极接到各光电板组串输入电流检测及分时切换电路，经由 其内部电流检测用电阻，以检测各组串电流的模拟信号，此多组信号经由多任务分时切换， 分时处理每一个组串的电流信号，经由分时切换后的信号通过各光电板组串输入电流检测 及分时切换电路的倍率控制，得到直流准位，再将直流信号转变为正负半周对称的交流信 号，最后再将此对称化的交流信号加到各组串电能测量，而各组串负极电源并联输出及倍 率控制将各组串的电流并联，得到总合的电流检测信号，并经过倍率控制得到直流准位，该 信号再经由总合电流模拟信号交流化处理，将直流信号转换为正负半周对称的交流信号， 然后加到总合电能测量电路。
9.如权利要求7所述的太阳能光电板组串发电监测装置，其特征在于，所述外部光电 板的正极电源接到光电板正极电源输入及电源供应转换，经由电源转换得到直流12V、5V、 3. 3V、-5V或-IV的电压，同时光电板的正极电源经由分压，而进行电压模拟信号倍率控制及交流化处理，而各光电板组串输入电流检测及分时切换电路，其外部待测量光电板发电 组串的每一串负极，依序接到匹配的端子，形成多串的电流检测回路，而每一串回路都经过 一个检测电阻后并接在一起。
10.如权利要求7所述的太阳能光电板组串发电监测装置，其特征在于，所述组串电流 模拟信号倍率控制电路，包含一运算放大器，该组串电流模拟信号交流化处理电路的电路 结构进一步由运算放大器和电子式模拟开关集成电路IC所组成；又各组串电能量测电路 包含一电能测量处理IC，能将电流及电压相乘，并以脉冲信号方式输出，而其中多组光电板 串接后的负极接到光电板各组串的负极端子台后，且使用电流检测电阻并接到光电板各组 串总和端子台的负极端子，以完成各组串负极电流并接及电流测量信号取得，所述源供应 直接来自待测光电板的发电电压，其范围在70V 900V之间，其中多组光电板串接后的负 极，每一回路都经过一个检测电阻后并接在一起，每一回路的电流经过所述检测电阻后，便 得到一个模拟电压值，配合使用模拟开关IC，分时选择某一串的发电电流信号，经放大及对 称交流化处理，再送到电能IC，以转换得到各组串功率及各组串分时累计发电量，再计算出 各组串的发电量百分比用，而组串电流模拟信号的交流处理电路，其电路结构是由运算放 大器和电子式模拟开关IC所组成。
专利摘要本实用新型公开一种太阳能光电板组串发电监测装置，包含装配底板、含有电源供应和多组发电回路监测的测量板及可显示操作和通讯的控制板，将三者结合成一体以供设于太阳能光电板的发电集中箱，能够测量各组串光电板的总和发电功率及总累计发电量，也能测量每个组串的发电功率，经由内建程序运算能在LCD上直接指示每个组串的发电功率及发电量效率，若有光电板低于发电效能的下限时，即会以红灯指示；而总和及各组串的发电相关数据，除可从内建LCD轮流显示，还可由RS-485或无线Zigbee接口搜集而进行远距监控，便于判断每一组串是否发电正常，并可快速定位有问题的光电板或故障回路，确保每一片光电板都在最佳状况下发电。
文档编号G01R21/00GK201583605SQ20092017436
公开日2010年9月15日 申请日期2009年12月23日 优先权日2009年12月23日
发明者李政良, 林献章 申请人:齐硕科技股份有限公司