一种光伏电站组件远程监测系统的制作方法

本发明涉及一种远程监测系统，更具体的说涉及一种光伏电站组件远程监测系统。

背景技术：

太阳能是一种绿色清洁能源，在世界能源日益紧张的今天，其受到人们越来越多的关注。光热、光电、光化学和光生物方式是目前利用太阳能的4种基本技术途径，其中光电方式利用太阳能的潜力更大，技术也更成熟。

近几年我国光伏发电技术应用呈直线上升趋势。但是，规模化商用光伏电站普遍存在如下问题：光伏组件的衰减、污渍遮挡、阴影遮挡或热斑效应，导致电站的实际工作效率降低、运行效率低下，使得光伏电站运行无法达到设计的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有的光伏电站普遍存在的实际工作效率降低、运行效率低下等缺陷，提供一种光伏电站组件远程监测系统。

本发明为实现上述目的，所采用技术解决方案是：一种光伏电站组件远程监测系统，包括信号接收装置、多个GPRS主机和多个光伏电站组件，所述的光伏电站组件包含三个可检测电压V1、V2和V3，所述的GPRS主机和信号接收装置之间通过通信网络相连接，还包括有多个分机线路板，所述的分机线路板包括开关电源模块、射频模块、模拟量变换模块、射频放大模块和射频发射模块，所述的射频模块包括射频单元和MCU，所述的开关电源模块分别与MCU、模拟量变换模块、射频放大模块相连接，所述MCU的SPI串行接口与射频单元的SPI串行接口相连接，MCU的ADC模数转换端口分别与模拟量变换模块的输出端相连接，所述射频单元的ANT2端口与射频放大模块的TX/RX端口相连接，所述射频放大模块的ANT端口与射频发射模块的ANT输入口相连接，所述的模拟量变换模块分别与光伏电站组件的三个可检测电压V1、V2、V3相连接，所述的射频发射模块与GPRS主机之间通过无线通信网络相连接。

所述的分机线路板设置在接线盒里，接线盒里设置有温度监测装置，所述的温度监测装置与模拟量变换模块相连接。

所述的开关电源模块包括集成电路芯片MC33063A U11、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电容C37、电容C38、电容C39、电容C44、电感L12和二极管D1，所述开关电源模块的输入电源V1即为光伏电站组件的输出电压V1，所述的电阻R33一端集成电路芯片MC33063A U11管脚8，电阻R33另一端接输入电源V1，所述的电容C37一端接输入电源V1，电容C37另一端分别接电阻R32一端、电容C38一端、二极管D1正极、电容C39一端和电容C44一端，所述的电阻R32另一端接电阻R31一端，所述的电阻R31另一端分别接电容C39另一端、电容C44另一端和电感L12一端，所述的电感L12一端另一端分别接集成电路芯片MC33063A U11管脚2和二极管D1负极，所述的电容C38另一端接集成电路芯片MC33063A U11管脚3。

所述的MCU为单片机U3，所述的射频单元包括集成电路芯片NRF24L01 U5、电容C23、电容C25、电容C26、电容C30、电容C31、电容C32、电容C35、电容C36、电阻R16、电阻R23、电感L6、电感L7、电感L8和晶振Y2，所述的集成电路芯片NRF24L01 U5和单片机U3之间通过SPI串口和中断控制端口IRQ相连接，所述的电容C23一端和电容C25一端分别接工作电源VCC，电容C23另一端和电容C25另一端分别接地，所述的电容C26一端接单片机U3管脚19，电容C26另一端接地，所述的电阻R16一端接单片机U3管脚16，电阻R16另一端接地，所述的电容C30一端和电容C31一端分别接电感L8一端，电容C30另一端和电容C31另一端分别接地，所述的电感L8另一端接电感L6一端，所述的电感L6另一端接电感L7一端，所述的电感L7另一端接电容C32一端，所电容C32另一端为射频模块的射频输出输入TX/RX端，所述的电容C35一端和电容C36一端分别接地，电容C35另一端、电阻R23一端、晶振Y2一端分别接单片机U3管脚9，电容C36另一端、电阻R23另一端、晶振Y2另一端分别接单片机U3管脚10。

所述的射频放大模块包括芯片RFX2401C U4、电容C24、电容C29、电阻R17和电阻R18，所述的电容C24一端和电容C29一端分别接芯片RFX2401C U4管脚16，电容C24另一端和电容C29另一端分别接地，所述的电阻R17一端和射频模块相连接，电阻R17另一端接芯片RFX2401C U4管脚5，所述的电阻R18一端接工作电源VCC，电阻R18另一端接芯片RFX2401C U4管脚6。

所述的模拟量变换模块包括V1电压变换单元、V2电压变换单元、V3电压变换单元和温度变换单元，所述的V1电压变换单元包括电阻R22、电阻R26、电阻R30和电容C24，所述的电阻R26一端接输入电压V1，所述模拟量变换模块的输入电源V1即为光伏电站组件的输出电压V1，电阻R26另一端分别接电阻R22一端、电阻R30一端和电容C24一端，所述的电阻R22另一端接单片机U5的ADC6端口相连接，所述的电阻R30另一端和电容C24另一端分别接地，所述的V2电压变换单元包括电阻R19、电阻R24、电阻R27和电容C40，所述的电阻R24一端接输入电压V2，所述模拟量变换模块的输入电源V2即为光伏电站组件的输出电压V2，电阻R24另一端分别接电阻R19一端、电阻R27一端和电容C40一端，所述的电阻R19另一端接单片机U5的ADC1端口相连接，所述的电阻R27另一端和电容C40另一端分别接地，所述的V3电压变换单元包括电阻R20、电阻R25、电阻R28和电容C42，所述的电阻R25一端接输入电压V3，所述模拟量变换模块的输入电源V3即为光伏电站组件的输出电压V3，电阻R25另一端分别接电阻R29一端、电阻R28一端和电容C42一端，所述的电阻R20另一端接单片机U5的ADC0端口相连接，所述的电阻R28另一端和电容C43另一端分别接地，所述的温度变换单元包括电阻R21、电阻R29、热敏电阻Rt2和电容C41，所述的电阻R29一端接工作电源VCC，电阻R29另一端分别接电阻R21一端、热敏电阻Rt2一端和电容C41一端，所述的电阻R21另一端接单片机U5的ADC7端口相连接，所述的热敏电阻Rt2另一端和电容C41另一端分别接地。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

本发明在光伏电站组件刚出现不良现象时就能发现并报警，因此可以及时的得到处理，可以提高光伏电站的发电效率，降低故障率，使得光伏电站运行达到设计要求。

附图说明

图1是本发明结构框图。

图2是本发明中分机线路板结构框图。

图3是本发明中分机线路板电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

参见图1至图3，一种光伏电站组件远程监测系统，包括信号接收装置、多个GPRS主机、多个光伏电站组件和多个分机线路板；所述的分机线路板和光伏电站组件数量相同，但两者不是一一对应的，以光伏电站组件的条形码编号，编号具有唯一性；同时，一个GPRS主机可管理3000～4000个光伏电站组件。

参见图1至图3，所述的光伏电站组件（俗称太阳能电池板）由多片太阳能电池片按照设计要求串联组合在一起构成，其包含三个可检测电压V1、V2和V3；该三个可检测电压V1、V2和V3可检测光伏组件的衰减、污渍遮挡、阴影遮挡或是热斑效应、二极管损坏等。所述的GPRS主机和信号接收装置之间通过通信网络相连接。

所述的分机线路板包括开关电源模块、射频模块、模拟量变换模块、射频放大模块和射频发射模块。所述的射频模块包括射频单元和MCU，所述的开关电源模块分别与MCU、模拟量变换模块、射频放大模块相连接以向其供电。所述MCU的SPI串行接口与射频模块的SPI串行接口相连接，MCU的ADC模数转换端口分别与模拟量变换模块的输出端相连接。所述射频单元的ANT2端口与射频放大模块的TX/RX端口相连接，所述射频放大模块的ANT端口与射频发射模块的ANT输入口相连接，所述的模拟量变换模块分别与光伏电站组件的三个可检测电压V1、V2、V3相连接，所述的射频发射模块与GPRS主机之间通过无线通信网络相连接。

参见图1，所述的分机线路板设置在接线盒里，接线盒里设置有温度监测装置，所述的温度监测装置与模拟量变换模块相连接。温度监测装置能够检测接线盒内温度，判断接线盒内故障，减少火灾等隐患发生。

参见图3，所述的开关电源模块包括集成电路芯片MC33063A U11、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电容C37、电容C38、电容C39、电容C44、电感L12和二极管D1，所述开关电源模块的输入电源V1即为光伏电站组件的输出电压V1。所述的电阻R33一端集成电路芯片MC33063A U11管脚8，电阻R33另一端接输入电源V1；电阻R33是本分机线路板工作电流反馈电阻，起过流保护作用。所述的电容C37一端接输入电源V1，电容C37另一端分别接电阻R32一端、电容C38一端、二极管D1正极、电容C39一端和电容C44一端；电容C37为磁介电容，起输入电源滤波作用。所述的电阻R32另一端接电阻R31一端，所述的电阻R31另一端分别接电容C39另一端、电容C44另一端和电感L12一端；电阻R31和电阻R32/对输出的工作电压VCC进行分压采样，采样电压FB反馈到集成电路芯片MC33063A U11，使输出工作电压VCC稳定为3.3V。所述的电感L12一端另一端分别接集成电路芯片MC33063A U11管脚2和二极管D1负极，所述的电容C38另一端接集成电路芯片MC33063A U11管脚3；电容C38调节集成电路芯片MC33063A U11的工作频率，电感L12、电容C39和电容C44组成输出电压的滤波电路，二极管D1为续流二极管。

参见图3，所述的MCU为单片机STC15W404AS-35I-TSSOP20U3，所述的射频单元包括集成电路芯片NRF24L01 U5、电容C23、电容C25、电容C26、电容C30、电容C31、电容C32、电容C35、电容C36、电阻R16、电阻R23、电感L6、电感L7、电感L8和晶振Y2。所述的集成电路芯片NRF24L01 U5和单片机U3之间通过SPI串口(CE、CSN、MOSI、MISO、SCK)和中断控制端口IRQ相连接。所述的电容C23一端和电容C25一端分别接工作电源VCC，电容C23另一端和电容C25另一端分别接地；VCC是开关电源模块提供的作为集成电路芯片NRF24L01 U5和单片机STC15W404AS-35I-TSSOP20 U3的3.3V工作电源；电容C23和电容C23作为电源滤波。所述的电容C26一端接单片机U3管脚19，电容C26另一端接地。所述的电阻R16一端接单片机U3管脚16，电阻R16另一端接地；所述的电容C30一端和电容C31一端分别接电感L8一端，电容C30另一端和电容C31另一端分别接地。所述的电感L8另一端接电感L6一端，所述的电感L6另一端接电感L7一端，所述的电感L7另一端接电容C32一端，所电容C32另一端为射频模块的射频输出输入TX/RX端；电感L7、电感L6、电感L8、电容C32、电容C30、电容C31组成射频输出输入TX/RX和射频放大模块发射控制信号TXEN，TX/RX和TXEN与视频放大模块相连接。所述的电容C35一端和电容C36一端分别接地，电容C35另一端、电阻R23一端、晶振Y2一端分别接单片机U3管脚9，电容C36另一端、电阻R23另一端、晶振Y2另一端分别接单片机U3管脚10；晶振Y2、电阻R23、电容C35、电容C36组成外部振荡电路，作为集成电路芯片NRF24L01 U5的振源。

参见图3，所述的射频放大模块包括芯片RFX2401C U4、电容C24、电容C29、电阻R17和电阻R18。所述的电容C24一端和电容C29一端分别接芯片RFX2401C U4管脚16，电容C24另一端和电容C29另一端分别接地；电容C24、电容C29作为电源滤波。所述的电阻R17一端和射频模块相连接，电阻R17另一端接芯片RFX2401C U4管脚5，所述的电阻R18一端接工作电源VCC，电阻R18另一端接芯片RFX2401C U4管脚6；VCC为开关电源模块提供的3.3V工作电源，电阻R17和电阻R18为端口限流电阻。TX/RX为射频输入信号和射频模块相连接；TXEN为发射控制信号，和射频模块相连接；ANT为射频输出信号，和发射模块像连接。

参见图3，所述的射频发射模块包括电感L10、电感L11、电容C33、电容C34、电容C45和天线ANT1。

参见图3，所述的模拟量变换模块包括V1电压变换单元、V2电压变换单元、V3电压变换单元和温度变换单元。所述的V1电压变换单元包括电阻R22、电阻R26、电阻R30和电容C24；所述的电阻R26一端接输入电压V1，所述模拟量变换模块的输入电源V1即为光伏电站组件的输出电压V1，电阻R26另一端分别接电阻R22一端、电阻R30一端和电容C24一端，所述的电阻R22另一端接单片机U5的ADC6端口相连接，所述的电阻R30另一端和电容C24另一端分别接地。所述的V2电压变换单元包括电阻R19、电阻R24、电阻R27和电容C40；所述的电阻R24一端接输入电压V2，所述模拟量变换模块的输入电源V2即为光伏电站组件的输出电压V2，电阻R24另一端分别接电阻R19一端、电阻R27一端和电容C40一端，所述的电阻R19另一端接单片机U5的ADC1端口相连接，所述的电阻R27另一端和电容C40另一端分别接地。所述的V3电压变换单元包括电阻R20、电阻R25、电阻R28和电容C42；所述的电阻R25一端接输入电压V3，所述模拟量变换模块的输入电源V3即为光伏电站组件的输出电压V3，电阻R25另一端分别接电阻R29一端、电阻R28一端和电容C42一端，所述的电阻R20另一端接单片机U5的ADC0端口相连接，所述的电阻R28另一端和电容C43另一端分别接地。所述的温度变换单元包括电阻R21、电阻R29、热敏电阻Rt2和电容C41；所述的电阻R29一端接工作电源VCC，电阻R29另一端分别接电阻R21一端、热敏电阻Rt2一端和电容C41一端，所述的电阻R21另一端接单片机U5的ADC7端口相连接，所述的热敏电阻Rt2另一端和电容C41另一端分别接地。

参见图1至图3，参见图1至图3，MCU对射频单元进行设置、操作；射频单元完成数据的接收和发送，产生射频信号，经射频放大模块放大后经天线向空中发射电磁波。多个GPRS主机分布在电站现场不同地址但相邻的主机工作频道不同，一共有125个可选频道；MCU通过对射频单元的频道的修改，自主搜索GPRS主机的频道。为了防止相互干扰，GPRS主机每0.1秒向“播帧地址”发送“地址广播帧”，广播自己的地址和频道号，分机线路板设有统一的接收“播帧地址”，分机自动调整频道，当接收到“地址广播帧”时就锁定该频道，分机锁定频道后如果30分钟未接收到“地址广播帧”，就重新调整频道，搜索新的GPRS主机。

参见图1至图3，光伏电站有多个光伏电站组件串联成阵列，多个阵列并联到汇流箱成为一个方阵，因此一个光伏电站组件的不良将降低整个方阵的发电效率；如果故障不能及时发现并排除，不但持续降低整个方阵的发电效率，还可能引起故障或事故。本发明工作时，所述的分机线路板测量光伏电站组件的三个可检测电压V1、V2、V3和接线盒内温度，并在GPRS主机轮询时将测量数据发送给GPRS主机。GPRS主机分析数据的有效性，如有效，就将数据发送到其后台服务器，后台服务器对接收到的数据进行计算、分析、存储，并将结果以表格和曲线的形式显示在屏幕上，如果有故障，将立即显示报警窗口，并可查看报警的原因及不良组件的条形码和所在的阵列及阵列内的编号。因此，本发明在光伏电站组件刚出现不良现象时就能发现并报警，因此使故障或事故可以及时的得到处理，可以提高光伏电站的发电效率，降低故障率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。