一种光伏发电系统智能化控制整机装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种光伏发电系统智能化控制整机装置，尤其是集光伏组件智能化、故障快速定位及光伏电池监控为一体的光伏发电系统智能化控制整机装置。
【背景技术】
[0002]随着世界能源危机的到来，太阳能光伏发电技术的应用越来越广泛。而光伏组件是光伏发电最重要的装置，所以光伏组件的质量与可靠性直接决定了整个光伏发电系统的可靠性、安全性与稳定性。光伏电池阵列一般为串并联方式，因此，如果一块电池组件受到阴影、灰尘等遮挡或老化等原因而导致功率降低时，所有串联在链路中的电池组件都将因电流强度下降而受到影响，这就是长期困扰PV产业的失配问题。目前，普通光伏组件的电路主要是安装一个续流二极管并联在每串光伏组件两端，起到平衡电流的作用，但是这种方法会消耗比较大的功率，降低系统的发电效率，并且二极管的散热问题是整个光伏组件的安全隐患。在太阳能光伏发电系统中，保证光伏阵列工作的安全性和可靠性，充分发挥每一片光伏电池组件的最大发电效率和正常工作是十分重要的。而光伏阵列的实际发电量远低于理论设计要求，主要是太阳能发电所受的制约因数较多。其内部原因是每块电池组件自身特性差异引起的联接组合效率损失，单块电池组件损坏、电池组件老化等等，而外因则包括电池阵列的的安装、电池组件的阴影遮挡、组合规则等。要充分提高光伏发电效率，就必须对光伏电站的每一块光伏组件进行检测和控制，但是目前国内外对光伏发电的检测只侧重于整体电池方阵的研宄，只是关注光伏电站整个的输出电压、电流和功率等，而对于每一块的光伏电池组件运行状态、运行效率没有采集和控制。另一方面，由于目前人们只关注的是整个太阳能发电装置，而不是单个光伏电池组件，因此，当某个或某些电池组件出现故障时则很难监测和定位。特别是某些在野外由数十万个光伏电池组件组成的大型发电站，要查找哪些电池组件不能正常工作则更加困难，一般只有当问题非常严重后到现场逐个检测，才能定位故障阵列所在位置。因此，为了使光伏发电系统达到最大发电效率状态，必须对解决失配问题的方法进行改进，并对光伏电站的每一块电池组件发电参数和状态进行检测，为电站监控装置提供实时数据，且对每一个故障或老化的组件进行快速定位并进行及时修复。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种光伏发电系统智能化控制整机装置，克服目前光伏发电系统的失配问题、国内对光伏发电的检测只侧重于整体检测所带来发电效率低以及难以定位故障组件的难题。
[0004]一种光伏发电系统智能化控制整机装置，主要包括光伏电池组件保护电路模块、光伏电池检测和故障判断模块、光伏电池监控模块三个方面；其特征在于:光伏电池组件保护电路模块主要由多个光伏电池组件和负载串联而成，所述每个光伏电池组件内置并联有旁路原件，旁路原件采用MOS场效应管；光伏电池检测和故障判断模块主要由ADUC814单片机内置的智能组件来完成，ADUC814单片机的智能组件主要包括:光伏组件的工作电压、电流以及工作温度信号模块、信号调节电路、控制器组件故障判断处理模块、无线通信模块和中央数据处理器组成；光伏组件的工作电压、电流以及工作温度信号模块连接电流以及工作温度信号模块，电流以及工作温度信号模块连接信号调节电路，信号调节电路连接控制器组件故障判断处理模块，控制器组件故障判断处理模块连接无线通信模块，无线通信模块连接中央数据处理器；所述控制器组件故障判断处理模块接收光伏电池组件保护电路模块中的MOS场效应管驱动电路控制信号；光伏电池监控模块通过检测由ADUC814单片机内置的智能组件，控制器组件故障判断处理模块不停对元件进行检测，中央数据处理器接收来自故障元件所属单片机发送的信号启动光伏组件保护电路模块，最后传输到室内监控计算器，所述中央数据处理器为一块ARM控制芯片STM32。
[0005]本实用新型的有益效果是:光伏发电系统智能化控制整机装置相比传统光伏发电控制产品在光伏电池组件保护电路、智能化、光伏组件运行状态监测控制和保护等功能方面进行了研宄和开发，解决了目前光伏发电装置保护电路安全可靠性低、只能监控光伏电站整体而无法检测每块电池组件工作状态、以及故障组件难以定位的弊端，进一步提高系统整体的智能化程度，从而研制出具有国内领先国际先进的光伏发电系统智能控制整机装置系统。
【附图说明】
[0006]图1是本实用新型装置的保护电路结构框图，可以看出多个光伏电池串联组成阵列，因单个单元出现问题势必影响整个光伏阵列，而光伏电池两端并联旁路元件就是为了保护电池组件。
[0007]图2是本实用新型装置的光伏组件监测框图，采集光伏阵列的工作信号，智能组件自身立即进行判断故障及处理，同时经无线通讯向中央处理器报送位置。
[0008]图3是本实用新型装置的智能光伏组件的监控系统框图，中央数据处理器通过无线通讯对各个光伏阵列的工作的状态数据进行采集，进一步实现基于数据融合的组件故障判断和快速定位。
[0009]图4是本实用新型装置的智能化整机控制装置整体设计图，由分布在各光伏单元智能组件、无线通讯模块、中央数据处理器(STM32)和IPC显示系统组成。
[0010]在图中，I为光伏电池组件，2、MOS场效应管，3、负载，4、光伏组件的工作电压、电流以及工作温度信号模块，5、信号调节电路，6、控制器组件故障判断处理模块，7、无线通信模块，8、中央数据处理器，9、室内监控计算器。
【具体实施方式】
[0011]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种光伏发电系统智能化控制整机装置，主要包括光伏电池组件保护电路模块、光伏电池检测及故障判断模块及光伏电池监控模块；其结构和功能说明如下:
[0012]1、光伏电池组件保护电路模块，光伏阵列是由光伏组件I串并联而组成的，如果在光伏组件I中某电池单元由于老化、失配、遮挡阴影等形成热斑效应问题，那么该电池就不发电，该部分的电阻变大，此时串联连接回路(组件串)的全部电压加在这个电池单元上，电流流过该高电阻单元会使其发热，产生高温，导致此单元以及其周围的填充树脂变色，弓丨起里面保护膜的膨胀。如果单元的温度继续升高，那么此单元甚至整个光伏组件将破损。为防止组件因不平衡电流而损坏，必须增加保护电路模块以保护电池组件。目的是让高电抗的电池单元或者电池组件中流过的电流分流。一般在构成光伏阵列的每一个光伏组件上都安装旁路元件构成保护电路模块。多数场合，使用二极管作旁路元件。保护电路结构如附图1所示，一般在安装在光伏电池组件内端子箱或负载3的输出端子正、负之间。多个串联连接的每一个光伏电池组件用同样的方法连接旁路元件，从而构成保护电路模块，保护原理如下:组件工作电流正常时，旁路元件关闭，当组件发生故障时，旁路元件导通将不平衡电流释放，即电流跨过故障元件，从而避免故障扩大化。
[0013]因此采用光伏组件两端并联二极管的技术并不能很好地解决热斑效应问题。本装置在光伏电路中采用MOS场效应管2取代当前的整流二极管或肖特基二极管，因为MOS场效应管2的导通电阻一般为5-ΙΟπιΩ，流过1A的电流时只有50_100mV的压降，0.5-1W的功率损失，功率损耗只有二极管或肖特基二极管的1/10，并且MOS场效应管自带散热片，反向漏电流达到微安级。因此无论从安全性还是减小功率损耗，MOS场效应管都是一个不错的选择。
[0014]综合各方面参数的要求和性价比，本装置选择贝能科技电子公司生产的IRFB4410型N沟道MOS场效应管。耐压值是100V，足够满足光伏组件电压不大于50V的要求，并留有相当余