基于压块式位移传感器的光伏组件阵列安全监测系统的制作方法

本实用新型涉及太阳能光伏发电技术领域，特别是一种用于对太阳能光伏组件阵列进行监测的系统。

背景技术：

随着夏季到来，我国各地区陆续进入恶劣天气多发阶段，大风、暴雨、雷电等强对流天气都将对户用光伏电站造成一定的冲击。通过在对户用光伏电站的考察中发现，组件的排布、支架质量、电站设计、桩基的配重等对于抗风压设计极为重要的板块在市场上并没有统一的安装要求，各地的桩基配重等也并不一致。

现使用的分布式光伏组件阵列的每块光伏组件固定到组件支架上是通过组件压块实现的，组件通过边框压块儿形式固定在支架上，每个压块搭接两块光伏组件的边沿，通过对两块光伏组件形成的平面进行压固，实现对光伏组件的固定，如果其中的一块组件发生移位将导致压块失去紧压固定作用，组件将会由于失去压块压制而滑脱光伏支架，造成组件的物理损坏（摔碎，隐裂等），或者内部电气性能异常；并且由于相邻组件是通过一个组件压块固定的，因此当一块组件发生滑脱现象，将导致多米诺式的组件松动滑脱现象，会使光伏组件坠落，损坏组件或者造成危及人员的安全。

为了减少这种滑脱的风险，现工程中已经应用可带有橡胶垫的压块进行紧固压紧，这样无疑增大了组件安装的稳固性，但由于橡胶垫的老化及环境酸碱气体的侵蚀，以及机械振动的存在，松动的现象仍会发生，这种故障想象发生后，不能够及时被发现排除，对光伏组件本身以及其他人员都会造成极大的安全隐患。为了避免这种现象发生造成损失，就需要有运维人员对光伏阵列进行细致检测，然而随着光伏分布式安装容量的增大，维护工作会越来越大，给维护人员带来了不小的挑战。

技术实现要素：

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种用于对太阳能光伏组件阵列的位置状态进行安全监测的系统，能够实时监测光伏组件在支架上的固定状态，并根据监测结果输出相应的报警信息，以便运维人员能够及时处理，避免组件滑脱现象的发生，降低人身财产损失。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。

基于压块式位移传感器的光伏组件阵列安全监测系统，包括用于将光伏组件安装到支架上并能够检测相邻光伏组件间间隙变化的压块式位移传感器以及用于对压块式位移传感器传输的信号进行判断并发出报警信息的监测主机，所述监测主机与多个压块式位移传感器之间分别通过传感器信号线电连接。

上述基于压块式位移传感器的光伏组件阵列安全监测系统，所述监测主机包括MCU、信号隔离电路以及报警电路，所述MCU的输入端经信号隔离电路与由压块式位移传感器和传感器信号线构成的传感器回路连接，MCU的输出端连接报警电路的受控端。

上述基于压块式位移传感器的光伏组件阵列安全监测系统，所述监测主机还包括用于检测传感器回路导通电流值的采样电路和用于调节传感器回路导通电流值的电压调节电路，所述采样电路串接在信号隔离电路和MCU之间，传感器回路电压调节调节电路连接在MCU的输出端和传感器回路之间。

上述基于压块式位移传感器的光伏组件阵列安全监测系统，所述报警电路包括并列设置的声光报警电路和远程报警电路。

上述基于压块式位移传感器的光伏组件阵列安全监测系统，所述压块式位移传感器，包括下凹槽式压块本体，压块本体的凹槽内设置有用于监测相邻光伏组件间间距变化的高精度位移常开开关，对应高精度位移常开开关两侧的压块本体左右立板上分别设有顶接太阳能光伏组件的左位移触点和右位移触点，左位移触点和右位移触点分别与高精度位移常开开关的两端固定连接；所述高精度位移常开开关的两端连接有输出信号的传感器信号线。

上述基于压块式位移传感器的光伏组件阵列安全监测系统，所述高精度位移常开开关包括一组常开触点以及连接在常开触点一端与位移触点之间用于调节压块本体左右立板间间距的位移调节机构。

上述基于压块式位移传感器的光伏组件阵列安全监测系统，所述位移调节机构为带调节旋钮的硬质伸缩杆。

由于采用了以上技术方案，本实用新型所取得技术进步如下。

本实用新型用于对太阳能光伏组件阵列的位置状态进行安全监测，能够实时监测光伏组件在支架上的固定状态，并根据监测结果输出相应的报警信息，以便运维人员能够及时处理，避免组件滑脱现象的发生，降低人身财产损失。

本实用新型中的压块式位移传感器，与常规组件压块的规格相同，安装使用方式相同，用于光伏组件的安装过程中对光伏组件起固定在支架上的作用，同时还能够对相邻光伏组件之间的间隙变化状态进行实时测量，并传递给监测主机。

本实用新型应用后，压块式位移传感器能够实时监测光伏阵列中光伏组件的固定位置异动状态，正常状态下输出常闭信号，当光伏组件间间隙变大时输出常开信号，然后通过监测主机智能判断，对光伏组件的位置异动（间隙变大，移位等）进行实时本地及远程报警，提醒人员注意安全，以便运维人员能够及时对组件进行适时的维护紧固工作，避免了组件滑脱现象的发生，减少了运维人员的工作强度，降低了人身财产损失。

附图说明

图1为本实用新型的结构图；

图2为本实用新型所述监测主机的结构框图；

图3为本实用新型具体实施例中监测主机的电路图；

图4为本实用新型所述压块式位移传感器的结构示意图；

图5为本实用新型所述压块式位移传感器在光伏组件间的安装示意图。

其中：1.监测主机，2.压块式位移传感器，21.压块本体，22.左位移触点，23.右位移触点，24.高精度位移常开开关，241.常开触点，242.位移调节机构，3.传感器信号线，4.光伏组件，5.紧固螺栓组件；D.相邻光伏组件间隙距离。

具体实施方式

本实用新型根据分布式光伏组件的安装方式进行分析，光伏阵列到光伏支架的安装是通过相邻两块组件共用一个光伏压块通过螺栓与支架型材之间紧固来实现光伏组件的固定，其中光伏压块与光伏组件的压置接触宽度非常小，这就要求两块组件位置必须固定，不能出现偏移现象，否则会使光伏压块松脱，失去对光伏组件的固定作用。因为光伏阵列是通过没两块组件共用一组光伏压块来实现固定的，所以一旦出现单块移位滑脱，会使多块组件失去固定作用。因此，如果能够对相邻光伏组件之间的间隙大小进行实时监测，并能够在间隙超过安全值发出报警，提醒运维人员注意，对于光伏组件阵列的安全来说必将有重大意义。

下面将结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。

一种基于压块式位移传感器的光伏组件阵列安全监测系统，其结构如图1所示，包括监测主机1和若干压块式位移传感器2，监测主机1与多个压块式位移传感器2之间分别通过传感器信号线3电连接。

压块式位移传感器2不仅能够将光伏组件牢固地安装到支架上，而且还能够检测相邻光伏组件间的间隙变化，并通过传感器信号线传输给监测主机。

本实用新型中，压块式位移传感器被动式无源元件传感器，安全性高；其结构如图4所示，包括下凹槽式压块本体21，压块本体包括位于两侧的压板和立板以及连接立板的连接板，左压板、左立板、连接板、右立板和右压板为一体结构，压板位于立板的顶端，连接板位于立板的底端，使得压块本体的两块立板间形成凹槽结构。压块用于固定光伏组件4时，即是通过在凹槽底部的连接板与固定架之间穿过紧固螺栓组件5完成紧固，如图5所示。

本实用新型中，为监测相邻光伏组件4间的距离是否出现变化，在压块本体的凹槽内设置有高精度位移常开开关24，对应高精度位移常开开关两侧的压块本体左右立板上分别设有顶接太阳能光伏组件的左位移触点22和右位移触点23，左位移触点22和右位移触点23分别与高精度位移常开开关的两端固定连接；高精度位移常开开关的两端连接有传感器信号线3，用于向外部输出信号。

高精度位移常开开关24的结构如图4所示，包括一组常开触点241以及连接在常开触点一端与位移触点之间的位移调节机构242。常开触点在光伏组件正常状态下由于光伏组件的挤压而呈现常闭状态，当光伏组件间距离增大时，常开触点失去挤压力而呈现常开状态，从而起到监视相邻光伏组件间位移是否发生变化的目的。位移调节机构用于调节压块本体左右立板间的间距，进一步调节相邻光伏组件间隙距离D，以满足不同规格型号的光伏组件安装使用，本实施例中，位移调节机构242为带调节旋钮的硬质伸缩杆，通过调节调节硬质伸缩杆的长度，来适应相邻光伏组件间的间距要求。

本实用新型的压块式位移传感器，是根据光伏组件的安置方式和常用结构做出的全新设计，通过嵌入的方式安置到光伏组件压块的结构中，监测间隙位移调整为精确尺寸，故无需约束光伏压块的准确间隙尺寸，即能够精密测量相邻光伏组件间的位移状态量。

监测主机1用于对压块式位移传感器2传输的信号进行判断并发出报警信息，其结构如图2所示，包括电源模块、MCU、信号隔离电路、采样电路、电压调节电路以及报警电路，MCU的输入端经信号隔离电路与由压块式位移传感器和传感器信号线构成的传感器回路连接，采样电路串接在信号隔离电路和MCU之间，电压调节电路连接在MCU的输出端和传感器回路之间，MCU的输出端连接报警电路的受控端。

本实用新型中，MCU为监测主机的核心部件，用于判断压块式位移传感器监测的信号值，当压块式位移传感器输出常闭信号时，MCU接受的信号值为低电平，判断为光伏阵列组件固定正常；当光伏组件位移时，压块式位移传感器内部断开，输出常开信号，监测主机接受的信号值为高电平，则判断为组件固定出现异常。本实施例中，MCU采用PIC12F675微处理器，如图3中的U2。

信号隔离电路用于实现压块式位移传感器与本地监视主机之间的信号隔离。本实施例中，信号隔离电路采用光电耦合器U1，其隔离电压达4000V，能够避免室外的感应式雷击等对监测主机造成损坏。

报警电路包括并列设置的声光报警电路和远程报警电路。声光报警电路主要包括串联连接的可控硅触发电路Q2和警铃SP1支路以及串联连接的发光管LED0与限流电R4支路，如图3所示，用于实现本地告警功能。远程报警电路用于通过短信息报警方式通知运维人员。

采样电路用于监测传感器回路的导通电流。本实施例中，采样电路如图3所示，包括一采样电阻R1和一信号放大器U4，结合光电耦合器信号输入端LED的恒流导通特性，将采样电阻连接在光电耦合器与地之间，将信号放大器并联连接在采样电阻两端，信号放大器的输出端连接MCU的输入端即可。

电压调节电路用于调节传感器回路的导通电流值。本实施例中，电压调节电路如图3所示，包括电感L1、二极管D1、开关S1、直流电源、可控硅Q1以及滤波电容C1，其中二极管D1、电感L1、开关S1、直流电源串联连接在传感器回路与地之间，滤波电容与该串联支路并联连接；可控硅的阳极连接在电感与二极管之间，可控硅的阴极接地，控制极连接MCU的PWM输出端。

MCU采集的采样电阻的采样值后，根据内部导通电流数值的预设定参数，调整PWM脉宽调制信号的输出，进一步通过控制传感器回路电压调节调节电路来向传感器回路输出恒定的导通电流，以补偿因传感线电阻造成电压下降导致的监测信号出现误判断或者由于线路压降过大导致的信号异常现象，这种输出电压增益补偿是运行时内部根据算法自动实现的控制，无需外部干预及手动调整，因此监测主机在工程使用中具有安装简单方便的特点。

本实用新型中，各压块式位移传感器与监视主机之间的连接关系为并联连接方式，且每一个传感器均设置有一个位置编码；当一个位移传感器传输的信号发生变化时，监视主机都能够准确判断是哪一个位置的传感器发生的信号，方便运维人员准确定位。当然，各压块式位移传感器与监视主机之间的连接关系也可以采用串联连接的方式。

本实用新型用于监测光伏组件阵列的位移变化状态，在光伏组件安装时，直接将压块式位移传感器代替传统压块用于固定光伏组件即可。光伏组件阵列安装好后，通过两块光伏组件的安装时的加持作用，压块式位移传感器中高精度位移常开开关的接触点会向轴中心收缩，使内部的常开状态开关闭合，转为输出闭合信号，即开关导通，传感器回路输出低电平信号，通过传感器信号线连接至监测主机进行自动智能监测。当出现光伏组件之间的间隙距离变大，达到滑脱的危险数值时，或者组件滑脱时，常开触点受到的挤压力变小，呈现打开状态，从而输出常开信号，即开关断开，传感器回路输出高电平信号；监测主机会实时监测到这种异变，通过声光报警通知本地的业主注意安全，同时通过短信息形式通知运维人员，采取措施时紧固组件，调整支架结构，避免造成业主财产损失和保护人员安全。