技术领域本发明主要涉及到检测设备，确切地说，是提供一种光伏电池监测装置以对光伏电池板的当前性能进行及时有效的监控，更重要的是该装置同时还集成有双向通信功能，能与外部设备进行通信实现数据的双向传输。
背景技术：
随着太阳能光伏发电的迅速崛起，对能源、生态、环境等问题及社会的可持续发展都意义重大。光伏电池作为光伏发电系统的重要组成部分，其性能的优良直接影响到发电系统的整体效果，但是实际上光伏电池受到的制约因素较多，每块电池组件自身的特性差异会引起联接组合效率损失。光伏电池阵列一般为串并联方式，如果某一块电池组件受到阴影、灰尘或遮挡或老化等因素而导致功率降低时，所有的串接在链路中的电池组件都可能因电流强度的下降而受到影响。为了保障光伏阵列工作的安全性和可靠性，充分发挥每一块光伏电池组件的最大发电效率和保障它处于正常工作状态显得尤为重要，因此其输出电压和电流、功率及所处的环境温度等实时参数都需要被及时监测到，而且单块电池的损坏或老化等异常情况也需要被及时监测到，从而这些监测信息可以对每一个光伏电池的功率优化提供依据，并且那些故障或老化的光伏组件进行快速定位和及时修复。无论是试图实现外部设备对光伏电池的主动控制，还是在采光本地将光伏电池的参数信息发送到外部设备上，都涉及到光伏电池监测系统的通信问题，本申请的后文内容即将介绍一种光伏电池监测装置，其和外部设备能够实现双向通信。
技术实现要素：
在本发明提供了一种光伏电池监测装置，包括：一个通信模块，用于在与光伏电池的正负极相连的传输线路上形成通信载波，以实现该光伏电池监测装置向外发送第一通信信息；一个电流检测单元，用于监测该传输线路中的电流信息；一个带通滤波器，用于以带通滤波的方式从所述电流信息中侦测和提取具有预设频率范围的一个或多个预设信号，该预设信号中至少包括了从该光伏电池监测装置外部发送到该传输线路上体现为通信载波的第二通信信息。上述的光伏电池监测装置，还包括一个处理器，以及所述通信模块包括串联在光伏电池的正负极之间的旁路电容与开关器件；该开关器件用于在该光伏电池监测装置发送通信信息的阶段由该处理器控制在关断和接通状态间切换，以便在开关器件接通的时刻产生流经该通信电路的载波电流，注入到该传输线路上以用来形成通信载波。上述的光伏电池监测装置，所述通信模块还包括和旁路电容、开关器件一起串联在光伏电池的正负极之间的第一旁路电阻，以及包括并联在该旁路电容两端的第二旁路电阻；所述处理器输出的用于驱动该开关器件切换状态的驱动信号通过一个耦合电容来耦合到该开关器件的控制端。上述的光伏电池监测装置，所述开关器件是NMOS晶体管，所述旁路电容、第一旁路电阻串接在该NMOS晶体管的漏极和光伏电池的正极之间，光伏电池的负极与该NMOS晶体管的源极具有相同的参考地电位，并且所述通信模块还包括连接在该NMOS晶体管的栅极和源极之间的一个电阻。上述的光伏电池监测装置，所述带通滤波器包括分别耦合到该电流检测单元的一对输出端的第一和第二输入节点：第一输入节点和带通滤波器中的一个运算放大器的反相端之间串联有第一电阻和第一电容，第一电阻和第一电容的互连节点处与该运算放大器的输出端之间连接有第二电容，且该运算放大器的反相端和输出端连接有第二电阻；以及该互连节点与第二输入节点也即运算放大器的正相端间连有另一第三电阻。上述的光伏电池监测装置，在所述第一和第二输入节点之间连接有过压保护元件，过压保护元件是瞬态电压抑制器、放电管、压敏电阻中之一或它们的组合。上述的光伏电池监测装置，还包括将该光伏电池产生的电压转换成稳压源的一个电源供应模块，其提供的稳定电压用于为所述处理器和所述运算放大器提供工作电压。上述的光伏电池监测装置，还包括将所述稳定电压进行分压产生一个参考电压的分压器，该参考电压加载到所述第二输入节点处。上述的光伏电池监测装置，所述带通滤波器还包括串接在一个检测节点和参考地之间的第一、第二检测电阻和第三电容的测试支路；第一检测电阻连在该检测节点和所述第一输入节点之间，第二检测电阻连在第一和第二输入节点之间，第三电容连在第二输入节点和参考地之间；由所述处理器输出的预设高频脉冲电压加载到该检测节点来测试该带通滤波器的带通频段并为校准带通范围提供依据。上述的光伏电池监测装置，所述电流检测单元是罗氏空心线圈传感器、高频传感器、编解码器、分流器中的任意一种。附图说明阅读以下详细说明并参照以下附图之后，本发明的特征和优势将显而易见：图1是串接的光伏电池和它们各自的监测装置配套使用的示意图。图2是单个监测装置的整体结构模块示意图。图3是单个监测装置的内部结构模块示意图。具体实施方式参见图1，串接的光伏电池PV_1、PV_2、……PV_N(N为大于1的自然数)它们的电压叠加在一起可以提供一个较大的直流电压，在光伏发电系统中，图中未示意出来的光伏逆变器可以将该直流电压转换成交流电压进行并网发电。光伏电池PV_1具有一个和它配套使监测装置DET_1，光伏电池PV_2具有一个和它配套使监测装置DET_2，依此类推，光伏电池PV_N具有一个和它配套使监测装置DET_N，监测装置可以监控光伏电池的工作电压和/或电流以及功率、所处的环境温度等参数。参见图2，现在以图2中的单独的一个光伏电池PV_1以及和它配套使用的一个监测装置DET_1为例来阐明本申请的发明精神。在图2中，监测装置DET_1至少包括一个通信模块101，它主要用于在与光伏电池PV_1的正负极相连的传输线路LAN上形成通信载波，由于传输线路LAN将所有的光伏电池都串接起来，所以通信载波会沿着这个传输线路LAN向外广播，任意带有电流互感器的外部电子设备都可以从传输线路LAN上监测到这个通信载波，因此可以实现该光伏电池监测装置DET_1相对自身而言向外部发送加载在传输线路LAN上的第一通信信息(SEND_OUT)。在图2中，监测装置DET_1至少还包括一个电流检测单元102a，它可以是罗氏空心线圈传感器、高频传感器、编解码器、分流器等中的任意一种，主要是检测和监听传输线路LAN上其他设备发送过来的通信载波。上文已经讨论了监测装置DET_1可以向传输线路LAN上传输第一通信信息，这属于发送信息，而监测装置DET_1实现监测的主要载体就是电流检测单元102a，电流检测单元102a从流经传输线路LAN上的电流信息中提取其他设备发送的载波信号，这属于接收信息。在图2中，监测装置DET_1至少还包括一个带通滤波器102，由于电流检测单元102a实现了对传输线路LAN上的电流信息的监测，而且电流信息进一步被传输给该带通滤波器102，则带通滤波器102按照预期的设计，将会从电流信息中侦测和提取具有预设频率范围的一个或多个预设信号，注意这里的预设信号中至少应当包括了从外部发送到该传输线路LAN上同样体现为通信载波的第二通信信息(RECEIVED)。参见图2，监测装置DET_1至少还包括一个处理器(MCU)103，通信模块101产生的载波是由处理器103的驱动实现的，也就是说通信模块101向外部发送的第一通信信息携带的数据内容取决于处理器103。带通滤波器102从外部侦测到的第二通信信息所携带的数据内容同样交由处理器103进行运算处理和解码。考虑到处理器103监测光伏电池PV_1的电压或温度等方案属于已知技术，如采集光伏电池PV_1正极端的电压传输给处理器103，如采用热敏电阻来监测温度等，因此对此不予赘述。参见图3，示意出了一个可实现双向通信的范例。光伏电池PV_1的正极和负极之间串联有一个通信模块101，假设光伏电池PV_1的负极电位为参考地GR电位，则在光伏电池PV_1的正极和参考地GR之间连接该通信模块101。在一些实施例中，配置一个旁路电容CBY和一个开关器件M串接在光伏电池PV_1的正极和参考地GR之间，而且旁路电容CBY和开关器件M它们两者的位置可以对调，使开关器件M在接通和关断之间高频切换就足以产生谐波注入到传输线路LAN来实现本发明的功能。但在图3的一个较佳实施例中，先行在光伏电池PV_1的正极和参考地GR之间串接第一旁路电阻RBY1、旁路电容CBY、开关器件M，再在旁路电容CBY的两端并联一个第二旁路电阻RBY2。参见图3，在通信模块101中，第一旁路电阻RBY1和旁路电容CBY、开关器件M三者只要相互串联，它们当中任意一者的位置关系可以是任意的。例如在图中未示出的一个可选实施例中：开关器件M的第一个输入/输出端连接到光伏电池PV_1的正极，开关器件M的第二个输入/输出端和参考地GR之间连接第一旁路电阻RBY1和旁路电容CBY，并且RBY1和CBY的位置可以对调。还例如在图中未示出的一个可选实施例中：开关器件M的第一个输入/输出端和光伏电池PV_1的正极间连接有RBY1和CBY两者中的一个，开关器件M的第二个输入/输出端和参考地GR间连接有RBY1和CBY两者中的另一个。参见图3，以开关器件M采用NMOS金属氧化物场效应晶体管为例，开关器件M的第一个输入/输出端(如漏极)和光伏电池PV_1的正极之间连接第一旁路电阻RBY1和旁路电容CBY，并且RBY1和CBY的位置可以对调，开关器件M的第二个输入/输出端(如源极)连接到参考地GR电位，光伏电池PV_1的负极也处于参考地GR电位，再在旁路电容CBY的两端并联一个第二旁路电阻RBY2。参见图3，处理器103的一个输出端口输出的在逻辑高低电平之间跳变的驱动信号会输送给开关器件M的控制端(如栅极)，注意这个驱动信号是通过一个耦合电容C11传输给开关器件M的控制端，也即处理器103产生驱动信号的这个端口应当和开关器件M的控制端之间连接有耦合电容C11。另外N沟道类型的开关器件M的栅极G和源极S之间最好再连接一个电阻R11，因为NMOS场效应晶体管的栅极与源极之间存在一个绝缘栅极氧化层，这会在栅极与源极之间产生寄生电容CGS，它会存储残留一些电荷量叠加在栅极上，因此很有可能会导致NMOS的误开启，电阻R11相当于电荷的一个泄放通道。参见图3，在含旁路电容CBY、旁路电阻RBY1和开关器件M的通信电路中，可以先保持开关器件M处于关断的状态，如果处理器103试图与外部进行信息交互，处理器103发送的驱动信号快速从第一逻辑状态(如低电平)跳转成第二逻辑状态(如高电平)然后又回到第一逻辑状态，在高电平驱动下会接通的NMOS开关器件M被接通又关断。或处理器103发送的驱动信号快速从第一逻辑状态(如高电平)跳转成第二逻辑状态(如低电平)然后又回到第一逻辑状态，从而在低电平驱动下会接通的PMOS开关器件M被接通又关断，开关器件M的该关-开-关过程可以重复多次。本申请的阅读者可以认为，在控制开关器件M的驱动信号具有近乎瞬态跳转的上升沿或下降沿时刻，将会接通开关器件M而产生流经传输线路LAN的谐波或称载波电流。可以利用各种载波检测模块(例如空心线圈传感器或高频互感器、带通滤波器、解编码器、分流器等)从流经传输线路LAN上的电流信息中提取通信电路发送的载波信号进行解调，这种载波信息最终可以按照当前指定的各种通信协议被转换成二进制码元进行信息的交互。参见图3，监测装置DET_1具有一个带通滤波器102，它包括第一输入节点N2_1和第二输入节点N2_2，电流传感器/电流检测单元102a带有一组输出端DSA和DSB，因此将带通滤波器102的第一输入节点N2_1耦合到输出端DSA，第二输入节点N2_2耦合到输出端DSB。第一输入节点N2_1和一个运算放大器A的反相端之间串联有第一电阻R21和一个第一电容C21。并且第一电阻R21和第一电容C21两者间的互连节点N2_3处与运算放大器A的输出端之间连接有第二电容C22，且运算放大器A的反相端和输出端连接有第二电阻R22。以及互连节点N2_3与第二输入节点N2_2也即运算放大器A的正相端间连有第三电阻R23，注意第二输入节点N2_2直接耦合到运算放大器A的正相端。另外第一电阻R21和第一电容C21两者的具体位置是：第一电阻R21连接在第一输入节点N4_1和互连节点N2_3之间，第一电容C21连接在互连节点N2_3和运算放大器A的反相端之间。上述带通滤波器102，作为可选项，还在第一输入节点N2_1和第二输入节点N2_2之间连接有过压保护元件，当第一输入节点N2_1和第二输入节点N2_2之间的电压超过保护规格值时，过压保护元件就被触发接通来稳压，实现浪涌的抑制。过压保护元件例如是瞬态电压抑制器、压敏电阻、放电管等当中的一个，也可以是它们当中任意两个的组合甚至将它们一起同时组合使用。以瞬态电压抑制器(TVS)D21为例，它的阳极阴极方向在节点N2_1和节点N2_2之间是任意连接的，如阳极连到第一输入节点N2_1而阴极连到第二输入节点N2_2，或阳极连到第二输入节点N2_2而阴极连到第一输入节点N2_1。参见图3，带通滤波器102中运算放大器A输出结果VOUT_AS，而处理器103还用来接收该输出电压VOUT_AS，因为VOUT_AS表征了从线路LAN上电流信息中侦测和提取具有预设频率范围的一个或多个预设信号，因此处理器103收到后就可以采样和执行数模转换等运算处理并解码出该预设信号代表的数据内容。例如，该预设信号中至少包括了从该光伏电池监测装置DET_1外部发送到该传输线路LAN上同样体现为通信载波的第二通信信息，则处理器103解码第二通信信息后就能获悉外部传输过来的数据。这里值得注意的是，电流传感器/电流检测单元102a用于监测该传输线路LAN中的电流信息，带通滤波器102用于从电流信息中侦测和提取具有预设频率范围的预设信号，这个预设信号随着带通滤波器102选择的带通范围不同，预设信号体现出来的内容或表示的信息类型也不同。如果我们试图从传输线路LAN上提取通信类型的信息，那么表征了通信信息的预设信号的频率可以采用大体在2.5KHZ(具体的数值仅仅作为解释的范例而不构成限制)左右这个频带范围，而带通滤波器102的另外还可以预警电弧，如果我们试图从传输线路LAN上提取电弧类型的信息，那么这个表征了电弧信息的预设信号的频率可以采用大体在100KHZ(具体的数值仅仅作为解释的范例而不构成限制)左右这个级别的频带范围。也就是说，带通选择的不同，带通滤波器102不仅可以从电流信息中侦测出第一频率范围的电弧信号，还可以从电流信息中侦测出第二频率范围的第二通信信息，第一频率范围的频段的下限值高于第二频率范围的频段上限值。参见图3，上述带通滤波器102，作为可选项，还在一个检测节点N2_4和参考地GR之间串接有第一检测电阻R24、第二检测电阻R25和第三电容C23的测试支路，其中在第一检测电阻R24连在该检测节点N2_4和第一输入节点N2_1之间，第二检测电阻R25连在第一输入节点N2_1和第二输入节点N2_2之间，第三电容C23连在第二输入节点N2_2和参考地GR之间，由处理器103输出的预设高频脉冲电压加载到该检测节点N2_4处，来测试该带通滤波器102的实际带通频段是否合符预期设计目标，测试结果完全可以从输出电压VOUT_AS上体现出来，并为校准带通范围提供依据。参见图3，监测装置DET_1还包括将该光伏电池产生的电压转换成稳压源的一个电源供应模块104，电源供应模块104从光伏电池PV_1正极撷取电压，并产生相对于参考地GR的直流电压值，实现DC/DC的电压转换，其提供的稳定电压用于为处理器104和运算放大器A提供工作电压，这里处理器104和运算放大器A的零电位参考点都是参考地GR。另外监测装置DET_1还包括一个分压器102b，它对电源供应模块104提供的稳压源进行分压，并将该分压值作为一个参考电压加载到第二输入节点N2_2处，第一输入节点N2_1和第二输入节点N2_2之间输入的、由电流检测单元102a感应的波动电压将会整体抬升参考电压这样一个幅度，相当于放大这个输入信号源来增强带通滤波器102的检测能力，避免DSA、DSB处产生的信号电压过小无法被侦测到的情况发生。以上，通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，上述发明提出了现有的较佳实施例，但这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。