一种太阳能电池板电气参数在线测量评价装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种太阳能电池板电气参数在线测量评价装置及方法，采用监测太阳能板发电状态下端口电压和电流，并基于多参数网格搜索和Damped-Newton在线计算方法，得到精确实时的太阳能电池板光生电流、反向饱和电流、串联电阻、并联电阻以及二极管品质因数等五个电气参数。本发明无需利用厂家提供的额定情况下最大功率、最大功率点的电压和电流、短路电流及开路电压参数，也无需对太阳能电池板电路、数学模型进行任何简化，利用实测数据能够精确地计算出所需的五个电气参数，原理简单，物理数学过程清晰。本发明设计的计算方法计算响应时间短、精度高，能够实现电气参数的在线计算，为精确建立太阳能电池电路模型、状态预测等提供了有效的方法。
【专利说明】一种太阳能电池板电气参数在线测量评价装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于太阳能电池板【技术领域】，具体涉及一种太阳能电池板电气参数在线测 量评价装置及方法。
【背景技术】
[0002] 随着煤炭、石油和天然气等化石能源的日益紧张及环境污染的加剧，太阳能发电 以其清洁、无污染、取之不尽的特点成为了各国关注研究的重点，被认为是可再生能源中最 具潜力的发电方式之一。太阳能电池板是太阳能发电站核心组件，因此，研究并建立精确可 靠的太阳能电池模型十分必要。太阳能电池板光生电流、反向饱和电流、串联电阻、并联电 阻以及二极管品质因数等五个电气参数是精确建立太阳能板发电模型、进行发电功率预测 的基础。目如厂家只能提供额定情况下最大功率、最大功率点的电压和电流、短路电流及开 路电压参数，不能提供光生电流、反向饱和电流、串联电阻、并联电阻以及二极管品质因数 等五个电气参数，通过测量及在线计算得到的太阳能板五个电气参数可以有效识别太阳能 板老化状态及当前发电能力。现有方法对太阳能板电气参数的测量都是在离线状态下测 量，通过简化解析计算得到，精度不高，过程复杂，不能满足太阳能板在线参数测量，也未提 出利用在线测量得到的电气参数进行发电状态评价的方法，同时缺乏太阳能板在线电气参 数测量装置。
【发明内容】
[0003] 为了实现太阳能板电气参数在线测量及状态评价，本发明提供了一种精确在线测 量辨识太阳能电池板电气参数的装置及方法，不仅能够精确快速地在线确定太阳能电池板 电气参数，而且能够通过在线参数值与出厂标准值的差异，评估太阳能电池板老化状态和 当前发电能力。
[0004] 本发明的装置所采用的技术方案是：一种太阳能电池板电气参数在线测量评价装 置，其特征在于：包括太阳能电池板、汇流箱、直流柜、监控数据采集器、计算机、温度仪和照 度仪；所述的汇流箱用来汇总所述的太阳能电池板电压电流；所述的直流柜内部设置有霍 尔电流传感器以及电压传感器，分别用于测量所述的太阳能电池板端口电压、电流；所述的 监控数据采集器内部设置有信号调理模块及数据采集卡，信号调理模块用来将电压、电流 以及测得的光照强度、温度转化为数据采集卡可以识别的信号，数据采集卡用来采集电压、 电流、光强以及温度的数据，并送往所述的计算机进行处理；所述的温度仪用来测量环境温 度；所述的照度仪用来测量实时光照强度；所述的太阳能电池板和汇流箱串联后与所述的 直流柜连接，所述的监控数据采集器、温度仪和照度仪分别与所述的计算机连接。
[0005] 本发明的方法所采用的技术方案是：一种太阳能电池板电气参数在线测量评价的 方法，用于在线计算太阳能电池光生电流、反向饱和电流、串联电阻、并联电阻以及二极管 品质因数五个电气参数，判定太阳能电池老化程度与发电能力；其特征在于，包括以下步 骤：
[0006] 步骤1 :利用所述的温度仪和照度仪测得太阳能电池板组件中单块电池实时光照 强度、环境温度，每〇. 5小时测量一次，并在该温度和光照强度下测量得到不少于20组电压 和电流值；
[0007] 步骤2 :根据出厂标准值估测太阳能电池板五个电气参数范围，与步骤1中测得的 温度、光照强度以及电压、电流的实测数据输入到多参数网格搜索中，经过计算得到相关电 气参数的粗略值；
[0008] 步骤3 :根据多参数网格搜索得到的粗略参数值，以及步骤1中测量得到的太阳能 电池板电压和电流值，代入Damped-Newton中进行迭代计算，获得太阳能电池板五个电气 参数的精确值；
[0009] 步骤4 :将步骤3中得到的五个电气参数的精确值与相应参数出厂标准值比较，根 据太阳能电池板状态评价标准判定所述的太阳能电池老化程度与发电能力。
[0010] 作为优选，步骤2中所述的计算得到相关电气参数的粗略值，其具体实现过程包 括以下子步骤：
[0011] 步骤2. 1 :利用直流柜（3)中的霍尔传感器与电压传感器，温度仪（6)和照度仪 (7)测量不少于20组电压和电流值、光照强度和温度实时值；
[0012] 步骤2. 2 :根据出厂标准值估测太阳能电池板五个电气参数范围；
[0013] 步骤2. 3 :从所取电气参数最小值组成的向量
【权利要求】
1. 一种太阳能电池板电气参数在线测量评价装置，其特征在于：包括太阳能电池板 (1)、汇流箱（2)、直流柜（3)、监控数据采集器（4)、计算机（5)、温度仪（6)和照度仪（7); 所述的汇流箱（2)用来汇总所述的太阳能电池板（1)电压电流；所述的直流柜（3)内部设 置有霍尔电流传感器以及电压传感器，分别用于测量所述的太阳能电池板（1)端口电压、 电流；所述的监控数据采集器（4)内部设置有信号调理模块及数据采集卡，信号调理模块 用来将电压、电流以及测得的光照强度、温度转化为数据采集卡可以识别的信号，数据采集 卡用来采集电压、电流、光强以及温度的数据，并送往所述的计算机（5)进行处理；所述的 温度仪（6)用来测量环境温度；所述的照度仪（7)用来测量实时光照强度；所述的太阳能 电池板（1)和汇流箱（2)串联后与所述的直流柜（3)连接，所述的监控数据采集器（4)、温 度仪（6)和照度仪（7)分别与所述的计算机（5)连接。
2. -种利用权利要求1所述的太阳能电池板电气参数在线测量评价装置进行太阳能 电池板电气参数在线测量评价的方法，用于在线计算太阳能电池光生电流、反向饱和电流、 串联电阻、并联电阻以及二极管品质因数五个电气参数，判定太阳能电池老化程度与发电 能力；其特征在于，包括以下步骤： 步骤1 :利用所述的温度仪（6)和照度仪（7)测得太阳能电池板⑴组件中单块电池 实时光照强度、环境温度，每〇. 5小时测量一次，并在该温度和光照强度下测量得到不少于 20组电压和电流值； 步骤2 :根据出厂标准值估测太阳能电池板五个电气参数范围，与步骤1中测得的温 度、光照强度以及电压、电流的实测数据输入到多参数网格搜索中，经过计算得到相关电气 参数的粗略值； 步骤3 :根据多参数网格搜索得到的粗略参数值，以及步骤1中测量得到的太阳能电池 板电压和电流值，代入Damped-Newton中进行迭代计算，获得太阳能电池板五个电气参数 的精确值； 步骤4 :将步骤3中得到的五个电气参数的精确值与相应参数出厂标准值比较，根据太 阳能电池板状态评价标准判定所述的太阳能电池老化程度与发电能力。
3. 根据权利要求2所述的太阳能电池板电气参数在线测量评价方法，其特征在于：步 骤2中所述的计算得到相关电气参数的粗略值，其具体实现过程包括以下子步骤： 步骤2. 1 :利用直流柜（3)中的霍尔传感器与电压传感器，温度仪（6)和照度仪（7)测 量不少于20组电压和电流值、光照强度和温度实时值； 步骤2. 2 :根据出厂标准值估测太阳能电池板五个电气参数范围； 步骤2. 3 :从所取电气参数最小值组成的向量?开始，以dx = IX 10_6为初始步长，
方式迭代，每得到一组?均代入太阳能电池控制方程/(?，直到^达到电 气参数范围上限；其中/=
1_代表光生电流，L是反向 饱和电流，Rsh为并联电阻，Rs为串联电阻，η为二极管品质因子，k为波尔兹曼常数，取值 1. 38X 1(T38J/K ;T为开尔文温度，单位为K ;q为单位电子电荷，取值1. 6X 1(T19C ; 步骤2. 4 :取所有?代入太阳能电池控制方程得到的最小值，作为多参数网格搜索的输 出值，即相关电气参数的粗略值。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池板电气参数在线测量评价方法，其特征在于：步 骤3中所述的获得太阳能电池板五个电气参数的精确值，其具体实现过程包括以下子步 骤： 步骤3. 1 :计算太阳能电池板光生电流、反向饱和电流、串联电阻、并联电阻以及二极 管品质因数五个电气参数对于太阳能电池控制方程/(i)的偏导数V/G)，建立雅克比矩 阵； 步骤3. 2 :将步骤2. 4中得到的多参数网格搜索的输出值代入雅克比矩阵和太阳能电
池控制方程计算牛顿方命 fix) ^ 步骤3. 3 :求变步长λ，使控制方程f [χ+ λ S]最小，此时迭代后的P = i + XS ; 步骤3. 4 :重复步骤3. 2、步骤3. 3多次迭代，当代入太阳能电池控制方程值< 1 X 1(Γ6， 停止迭代，输出参数值，即太阳能电池板五个电气参数的精确值。
【文档编号】H02S50/15GK104253586SQ201410556865
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年10月20日 优先权日:2014年10月20日
【发明者】秦启尧, 魏俊涛, 祁汭晗, 高晓剑, 彭雨田, 郑钟楠 申请人:武汉大学