一种光伏组件远程监测优化装置及其方法与流程

本发明涉及一种光伏组件远程监测优化装置及其方法。

背景技术：

由于政策刺激作用，近两年来，分布式光伏无疑进入了发展的快车道。2016年，我国组件产量约53gw，连续4年位居全球第一。截至2016年底，我国光伏发电新增装机容量34.54gw，累计装机容量77.42gw，新增和累计装机容量均为全球第一。其中，光伏电站累计装机容量67.10gw，分布式累计装机容量10.32gw。全年发电量662亿千瓦时，占我国全年总发电量的1％，体现了从西北部向中东部等地区发展的市场格局大转换和从地面电站向分布式发展的市场结构大转换。预计2017年底我国光伏累计装机容量将达89.30gw，新增装机容量约35.65gw。

在分布式光伏电站中，由于光伏组件进行串并联接，导致汇流后直流电压达到上千伏。由于没有专人负责日常管理(比如24小时巡检)，导致出现异常情况，如某些组件不正常工作，甚至因温度过高或线路异常导致起火，不能及时察觉，势必会对光伏电站正常工作带来一定的影响，甚至引起火灾等事故。在发达国家，光伏电站一旦发生火灾，因为存在着直流高压，导致消防部门考虑到安全因素，不参与灭火，最后导致财产全部花为灰烬。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种光伏组件远程监测优化装置及其方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种光伏组件远程监测优化装置，与单个光伏组件电连接，包括壳体以及设置于壳体内的电路部分，电路部分包括：采样电路，用于收集光伏组件的采样数据，采样数据包括：实时输入输出电压值、实时输入输出电流值、实时温度值和实时湿度值；调整电路，用于调整光伏组件的输出电压和输出电流；中央处理电路，中央处理电路的输入端与采样电路连接，中央处理电路的输出端与调整电路连接，用于收集采样数据后控制调整电路对光伏组件的输出电压和电流进行调整；继电器电路，与中央处理电路的输出端连接，用于控制光伏组件的短路和断路；无线通讯电路，与中央处理电路的输出端连接，用于将采样数据发送至云端服务器。

本发明结构简单，操作便捷，实现对光伏组件的工作状态的实时监测，实现对单个组件短路和断路，便于及时发现情况，进行报警提示，所有参数通过无线网络上传到云端服务器。

在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：

作为优选的方案，采样电路包括：计量芯片、电压采样单元、电流采样单元、温度传感器以及湿度传感器，电压采样单元和电流采样单元分别通过计量芯片与中央处理电路的输入端连接，温度传感器和湿度传感器直接与中央处理电路的输入端连接。

采用上述优选的方案，有效优化电路结构。

作为优选的方案，中央处理电路包括：处理芯片、定位单元以及时钟单元，处理芯片分别与定位单元和时钟单元连接。

采用上述优选的方案，有效优化电路结构。

作为优选的方案，调整电路包括：mppt单元、dc-dc电路以及驱动电路。

采用上述优选的方案，有效优化电路结构。

作为优选的方案，还包括：设置于光伏组件外侧的降温组件，降温组件与中央处理电路连接。

采用上述优选的方案，便于对光伏组件进行降温，降低安全隐患。

作为优选的方案，壳体包括：第一壳体部和第二壳体部，第一壳体部与第二壳体部均具有开口，第一壳体部与第二壳体部通过连接件固定连接，且在第一壳体部和第二壳体部的开口侧设有闭锁机构。

采用上述优选的方案，降低安装复杂度，便于对本装置进行安装，提高生产效率，也便于后期进行维护和检修。且在壳体的外表面涂覆有防水涂层。而第一壳体部与第二壳体部的内壁上安装有多个散热片，且散热片靠近开口的位置设有多个散热通孔，提高散热效果。

作为优选的方案，闭锁机构包括：闭锁凸起，设置于第一壳体部的内壁上；闭锁凹槽，设置于第二壳体部的内壁上；当第一壳体部与第二壳体部连接时，闭锁凸起上的勾卡部与闭锁凹槽配合连接。

采用上述优选的方案，便于后期进行维护和检修。

一种光伏组件远程监测优化方法，利用光伏组件远程监测优化装置进行远程监测及优化，具体包括以下步骤：

1)采样电路收集光伏组件的采样数据，采样数据包括：实时输入输出电压值、实时输入输出电流值、实时温度值和实时湿度值；

2)中央处理电路对收集的采样数据进行分析，若实时输入输出电压值、实时输入输出电流值、实时温度值、实时湿度值中的一种或多中数据出现异常，则中央处理电路控制调整电路对光伏组件的输出电压和电流进行调整；

3)中央处理电路对收集的采样数据进行分析，若实时输入输出电压值、实时输入输出电流值、实时温度值、实时湿度值中的一种或多中数据出现异常，则中央处理电路控制继电器电路对该单个光伏组件进行短路或断路；

4)无线通讯电路将采样数据发送至云端服务器。

本发明一种光伏组件远程监测优化方法操作简单，效果良好。

作为优选的方案，在步骤2)和步骤3)中，中央处理电路还对实时输入电压曲线的斜率、实时输出电压曲线的斜率以及实时输入电流曲线的斜率、实时输出电流曲线的斜率进行分析。

采用上述优选的方案，保证分析的精确度。

作为优选的方案，光伏组件远程监测优化方法还包括以下内容：中央处理电路内设有的第一温度范围和第二温度范围，第二温度范围的最高温度为第一温度范围的最低温度；中央处理电路对实时温度值进行判断；若当前温度值处于第二温度范围内，则中央处理电路控制降温组件给光伏组件进行降温；若当前温度值处于第一温度范围内，则中央处理电路分析若当前温度曲线斜率为正，则中央处理电路控制继电器电路对该单个光伏组件断路；若当前温度曲线斜率为负，则中央处理电路控制降温组件给光伏组件进行降温。

采用上述优选的方案，可以有效降低光伏组件的安全隐患。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种光伏组件远程监测优化装置的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的驱动电路的电路图。

图3为本发明实施例提供的壳体的结构示意图。

其中：1壳体、11第一壳体部、12第二壳体部、2电路部分、21采样电路、22调整电路、23中央处理电路、24继电器电路、25无线通讯电路、3闭锁机构、31闭锁凸起、311勾卡部、32闭锁凹槽。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。

为了达到本发明的目的，一种光伏组件远程监测优化装置及其方法的其中一些实施例中，如图1所示，一种光伏组件远程监测优化装置，与单个光伏组件电连接，包括壳体1以及设置于壳体1内的电路部分2，电路部分2包括：

采样电路21，用于收集光伏组件的采样数据，采样数据包括：实时输入输出电压值、实时输入输出电流值、实时温度值和实时湿度值；

调整电路22，用于调整光伏组件的输出电压和输出电流；

中央处理电路23，中央处理电路23的输入端与采样电路21连接，中央处理电路23的输出端与调整电路22连接，用于收集采样数据后控制调整电路22对光伏组件的输出电压和电流进行调整；

继电器电路24，与中央处理电路23的输出端连接，用于控制光伏组件的短路和断路；

无线通讯电路25，与中央处理电路23的输出端连接，用于将采样数据发送至云端服务器。

采样电路21包括：计量芯片、电压采样单元、电流采样单元、温度传感器以及湿度传感器，电压采样单元和电流采样单元分别通过计量芯片与中央处理电路的输入端连接，温度传感器和湿度传感器直接与中央处理电路的输入端连接。

计量芯片能够准确测量单个光伏组件的实时输入输出电压值、实时输入输出电流值，并根据时间生成相应的冻结数据(日冻结、月冻结)，为能效分析提供精准数据，判断太阳能板遮光严重程度，同时对应严重遮光的太阳能板，给于报警，并通过继电器电路24实现输出端在短接，从而提高了整个模组在转换效率。

通过温度传感器可以通过温湿度感知环境温度，超出正常温度范围报警，防止高温损坏光伏组件甚至起火。

中央处理电路23包括：处理芯片、定位单元以及时钟单元，处理芯片分别与定位单元和时钟单元连接。通过定位单元进行位置定位，通过时钟单元能保证时钟的走时准确，同时支持系统的校时，在一天不同在时间段，可以记录相应的能耗数据，并通过无线通讯电路25上传至云端服务器。

通过继电器电路24实现对单个光伏组件的短路和断路，光伏组件工作正常时断路以便串入整组供电，光伏组件工作不正常时短路以便不影响整组的供电能力。

调整电路22包括：mppt单元、dc-dc电路以及驱动电路。通过控制手段，使其根据采样数据，中央处理电路23自动调节dc/dc电路的占空比，使得负载和太阳能等效内阻相等，使太阳能电池一直能工作在最大功率点，从而对太阳能电池板达到最大功率跟踪的目的。本实施例中的驱动电路主要由sm72295dc/dc驱动芯片构成，如图2所示，sm72295是能驱动全桥连接的4个分立n沟mosfet的驱动器，可提供峰值电流3a，并集成了电压高达115vdc高速自举二极管。

一种光伏组件远程监测优化方法，利用光伏组件远程监测优化装置进行远程监测及优化，具体包括以下步骤：

1)采样电路21收集光伏组件的采样数据，采样数据包括：实时输入输出电压值、实时输入输出电流值、实时温度值和实时湿度值；

2)中央处理电路23对收集的采样数据进行分析，若实时输入输出电压值、实时输入输出电流值、实时温度值、实时湿度值中的一种或多中数据出现异常，则中央处理电路23控制调整电路对光伏组件的输出电压和电流进行调整；

3)中央处理电路23对收集的采样数据进行分析，若实时输入输出电压值、实时输入输出电流值、实时温度值、实时湿度值中的一种或多中数据出现异常，则中央处理电路23控制继电器电路24对该单个光伏组件进行短路或断路；

4)无线通讯电路25将采样数据发送至云端服务器。

本发明结构简单，操作便捷，实现对光伏组件的工作状态的实时监测，实现对单个组件短路和断路，便于及时发现情况，进行报警提示，所有参数通过无线网络上传到云端服务器。

为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在步骤2)和步骤3)中，中央处理电路还对实时输入电压曲线的斜率、实时输出电压曲线的斜率以及实时输入电流曲线的斜率、实时输出电流曲线的斜率进行分析。

采用上述优选的方案，保证分析的精确度。

为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，一种光伏组件远程监测优化装置还包括：设置于光伏组件外侧的降温组件，降温组件与中央处理电路连接。

采用上述优选的方案，便于对光伏组件进行降温，降低安全隐患。

作为优选的方案，光伏组件远程监测优化方法还包括以下内容：中央处理电路内设有的第一温度范围和第二温度范围，第二温度范围的最高温度为第一温度范围的最低温度；中央处理电路23对实时温度值进行判断；若当前温度值处于第二温度范围内，则中央处理电路控制降温组件给光伏组件进行降温；若当前温度值处于第一温度范围内，则中央处理电路23分析若当前温度曲线斜率为正，则中央处理电路23控制继电器电路对该单个光伏组件断路；若当前温度曲线斜率为负，则中央处理电路控制降温组件给光伏组件进行降温。

采用上述优选的方案，可以有效降低光伏组件的安全隐患，当温度过高，且持续升高的情况下，直接将光伏组件进行切断，降低火灾出现的可能性。

如图3所示，为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，壳体1包括：第一壳体部11和第二壳体部12，第一壳体部11与第二壳体部12均具有开口，第一壳体部11与第二壳体部12通过连接件固定连接，且在第一壳体部11和第二壳体部12的开口侧设有闭锁机构3。

采用上述优选的方案，降低安装复杂度，便于对本装置进行安装，提高生产效率，也便于后期进行维护和检修。且在壳体的外表面涂覆有防水涂层。而第一壳体部11与第二壳体部12的内壁上安装有多个散热片，且散热片靠近开口的位置设有多个散热通孔，提高散热效果。

进一步，上述闭锁机构3包括：闭锁凸起31，设置于第一壳体部11的内壁上；闭锁凹槽32，设置于第二壳体部12的内壁上；当第一壳体部11与第二壳体部12连接时，闭锁凸起31上的勾卡部311与闭锁凹槽32配合连接。

采用上述优选的方案，便于后期进行维护和检修。

以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。