一种高精度低成本集成化气象仪的制作方法

1.本实用新型属于太阳能技术领域，尤其是涉及一种高精度低成本集成化气象仪。


背景技术：

2.当今社会科技水平的高度发达在带给人类更好生活质量的同时，也导致人类需要更多能源来满足自身日益扩大的需求。气象环境数据是决定太阳能发电的重要指标，对太阳能发电质量起着决定性作用，同时也是对太阳能发电站的设计提供有效的数据保证。
3.光伏气象仪就是针对光伏电站运行时的环境条件监控而开发的。它能够及时的采集、储存、上传光伏电站所在地与光伏发电相关的各类气象要素数据和光伏组件运行环境数据，用于光伏电站运行状态的监测和控制。
4.如公开号为cn204331068u的中国专利文献公开了一种光伏便携式气象仪，包括温度采集器，湿度采集器，风速采集器以及风向采集器，所述的温度采集器包括环境温度采集器以及光伏电池板温度采集器，所述的光伏电池板温度采集器安装与光伏电池板背板，还包括辐照度测试仪，所述的辐照度测试仪与光伏电池板之间的角度是可调整的，对电站每个区域进行气象采集。该气象仪的采集的气象数据可以为电站的发电能力和发电量提供参考数据，但是该气象仪存在传感器集成度不够，结构复杂的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型公开了一种高精度低成本集成化气象仪，简化了设备结构，提高了测量精度，降低了设备成本，以满足太阳能光伏、光热等技术利用的需求。
6.一种高精度低成本集成化气象仪，包括从上到下依次固定连接的全天空成像仪、主轴、超声波风速风向传感器和控制模块；
7.所述的主轴上活动固定有可上下旋转的组件支架，所述组件支架的末端活动固定有可前后旋转的副轴，所述的副轴上固定有光伏组件；
8.所述全天空成像仪、超声波风速风向传感器和光伏组件均与控制模块电连接。
9.进一步地，所述的光伏组件包括相互连接的光伏板和变换器，所述的变换器内包含状态监测单元和通讯接口；所述的光伏板通过变换器与控制模块电连接。
10.本实用新型中，顶部的全天空成像仪，成像图片清晰，碎片少，成像率高，并将数据传输给控制模块，可进行ai图像识别并对气象进行预测。下方安装的小容量光伏组件一片或多片，可以多方位调整光伏板的角度，采集其发电量及组件温度数据，通过光伏发电物理特性推算出该处的辐照及温度数据，同时光伏发电也可以为控制模块提供电能。光伏组件下方安装超声波风速风向仪，超声波风速风向仪代替传统风杯/风向标/螺旋桨风速风向传感器，超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应，通过计算即可得到精确的风速和风向。
11.进一步地，所述的光伏组件至少有两个，均通过对应的组件支架和副轴设置在主轴上。
12.进一步地，所述的超声波风速风向传感器包括从上到下依次固定的反射板、超声波探头和超声发射接收模块，所述的反射板的上端面与主轴固定，所述超声发射接收模块的下端面与控制模块固定。
13.进一步地，所述的控制模块包括控制芯片、gps模块、存储模块、电源模块和光伏组件逆变器模块；
14.所述的全天空成像仪、超声波风速风向传感器的输入端与电源模块连接，输出端与存储模块连接；
15.所述光伏组件的输出端分别与电源模块和存储模块连接；其中，光伏组件通过光伏组件逆变器模块与电源模块连接。
16.进一步地，所述全天空成像仪的型号为srf-02型，所述超声波风速风向传感器的型号为ec-a2型。
17.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
18.(1)采用全天空成像仪成像图片清晰，成像率高，性能稳定；
19.(2)采用超声波风速风向传感器测量精度高，设计灵活轻巧，安装、维护便捷；
20.(3)采用低成本光伏板采集发电量数据作为计算学习的原始数据，通过算法推算出辐照数据，有效还原高精度辐照值，能够有效地降低成本；
21.(4)整体结构设计轻巧，方便维护，不需维护和现场校准，降低成本。
附图说明
22.图1为本实用新型一种高精度低成本集成化气象仪的结构示意图；
23.图2为本实用新型中光伏组件的电气原理图；
24.图3为本实用新型中超声波风速风向传感器结构示意图；
25.图4为本实用新型中控制模块的系统框架图。
具体实施方式
26.下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用。
27.如图1所示，一种高精度低成本集成化气象仪，包括从上到下依次固定的全天空成像仪1、主轴4、超声波风速风向传感器7和控制模块8。
28.主轴4上活动固定有可上下旋转的两个组件支架5，两个组件支架5的末端均活动固定有可前后旋转的副轴6，副轴6上固定有光伏组件2和光伏组件3；全天空成像仪1、超声波风速风向传感器7和光伏组件均与控制模块8电连接。
29.本实施例中，全天空成像仪1的型号为srf-02，设于主轴4的上端，主要由照相机、带有加热装置的半球镜面、镜面上方的遮光带以及下方的电子设备系统组成。拍摄得到的图像是分辨率为24位rgb真彩色图像，以jpeg格式被自动存储到控制模块8中，以便用于图像处理与分析。输入端由控制模块8的电源模块提供电能。
30.光伏组件2的结构安装设计如图1所示，其中主轴4可以带动组件支架5在上下方向旋转，组件支架5的末端设有副轴6，使光伏组件2可以前后方向调整角度，即光伏组件2跟随副轴6旋转。
31.本实施例中，光伏组件2和光伏组件3的型号为srp5w，如图2所示，光伏组件2包括相互连接的光伏板21和变换器22，变换器22内包含状态监测单元23和通讯接口24；光伏板21通过变换器22与控制模块8电连接。状态监测单元23可监测充电状态以及温度、电压、电流、功率等数据。
32.控制模块8接收到光伏组件2的数据后，根据光伏发电物理特性算法推算出实时的辐照量及温度，并存储数据。
33.本实施例中，超声波风速风向传感器7的型号为ec-a2，设于主轴4的下方，可测量环境风速、风向、温度、湿度和大气压力。如图3所示，超声波风速风向传感器7的最顶部为反射板71，下方固定超声波探头72，超声波探头72下方固定超声发射接收模块73。超声波风速风向传感器7支持modbus协议，将数字化结果输出给控制模块8；支持rs485/rs232接口，输入端由控制模块8的电源模块提供电能。
34.如图4所示，控制模块8内设有控制芯片80、电源模块81、传感器接口82、光伏组件逆变器模块83、在线调试模块84、存储模块85、gps模块86、警报模块87、串口通讯模块88和无线模块89。
35.全天空成像仪1、超声波风速风向传感器7的输入端与电源模块81的输出端连接，全天空成像仪1、超声波风速风向传感器7的输出端与存储模块85连接；光伏组件2的输出端分别与电源模块81和存储模块85连接；其中，光伏组件2通过光伏组件逆变器模块83与电源模块81连接。
36.控制芯片80型号为mcustm32，电源模块81以asm1117为核心，将开关电源提供的电压进行二次稳压，保证单片机稳定的工作，提高元件寿命。传感器接口82根据传感器的使用需求来设计，接口需要接受传感器传回的rs-485或电压信号并给传感器提供工作电源。串口通讯模块88采用i83485芯片作为核心，该芯片和控制芯片80相应的串口管脚相连，用于获得传感器数据和与上位机取得通信。警报模块87主要由蜂鸣器和led构成，系统程序引入自检模块，对各个部分进行监控，若某一部分工作不正常就会触发警报模块87报警。另一方面控制模块8根据采集回的光伏发电数据，搭建太阳能辐照-光伏发电量模型，计算出该处直接辐射和散射辐射以及地面漫反射数据，并对处理后数据进行存储。
37.以上所述的实施例对本实用新型的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的具体实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本实用新型的保护范围之内。