一种硅太阳能电池阵列的故障检测方法技术

本发明专利技术公开了一种硅太阳能电池阵列的故障检测方法，具体包括以下步骤：S1采集太阳能电池阵列的温度以及辐照度，得到太阳能电池阵列在该条件下的I‑V输出特性关系；S2根据得到的I‑V输出特性关系式，利用基于I‑V输出特性的实际串联等效电阻计算式，计算出太阳能电池组件的实际串联等效电阻RS1，通过基于环境参数的参考串联等效电阻计算式，计算出太阳能电池组件的参考串联等效电阻RS；S3根据实际串联等效电阻RS1与参考串联等效电阻RS之间的比值得到K；S4根据K值大小判别太阳能电池阵列故障、电池组件老化或被遮挡的严重程度。本发明专利技术综合考虑了温度，辐照度，输出电压、电流参数，提高了判别的精确度，并且能定位故障点的位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于硅太阳能电池
，涉及一种基于硅太阳能电池I-V输出特性表达式的故障检测方法，具体涉及一种硅太阳能电池阵列的故障检测方法。
技术介绍
光伏系统作为洁净能源有着良好的应用和发展前景，太阳能电池作为光伏系统的核心越来越受到人们的关注。而太阳能电池阵列的故障往往制约着光伏发电，因此太阳能电池阵列的故障在线检测显得十分重要。目前检测技术主要有以下几类：1.基于红外图像分析法，是一种不需要测量太阳能电池组件参数的方法，只需要利用红外摄像机将电池组件拍摄下来，然后利用计算机进行图像分析就可以进行故障诊断，主要是通过故障点与正常工作组件的温差从而判别，这种检测方法成本太高，不易推广，该方法也只适用于研究或一些特殊的场合；2.基于电路结构的方法，其实质是通过改变光伏系统太阳能电池阵列结构来达到减少传感器的目的。但是故障原因和表现形式是多种多样的，通过改变电路结构，用传感器来测量一些电参数进行故障诊断是十分复杂的，并且会增加系统成本，所以基于电路结构的方法更多的是用于一些特殊场合或小规模的光伏系统中；3.还有基于测量接地电容的方法，但是在实际中很难满足该方法的检测条件；4.基于电气测量法是最简单的方法，其中最普遍的一种方法是对光伏系统太阳能电池阵列的I-V曲线进行测量，比较测量得到的曲线和理论曲线就能够判断太阳能电池阵列是否发生了故障。文献[OOZEKIT,YAMADAT,KATOK.On-site Measurements of photovoltaic systems for detection of failure modules[C]//IEEE Photo-voltaic Symposium on Industrial Electronics.San Diego,CA,USA：IEEE，2008:1-6].使用了这一种方法，这种方法不需要测量温度与辐照度，利用这种方法可以检测到一些简单的故障。[VANDEE,GXASHEKAAR,MEYEREL.Monitoring current-voltage characteristics of photovoltaic modules[C]//IEEE Photo-voltaic Specialists Conference.New York,USA:IEEE,2002:1516-1519.]进一步将I-V曲线与环境温度、太阳辐照度及组件温度等进行数据融合，可以更加全面的描述太阳能电池阵列的行为，其检测结果更加准确。但是上述两类所使用基于测量I-V曲线方法的缺点是不能确定故障发生的位置，而且所能够确定的故障类型也十分有限；5.也有直接扫描电压，通过比较各个组件间的电压，认为偏离组件平均水平的组件便是有故障的组件，但是该方法并未考虑到辐照度与温度的因素的影响，所以限制了判别的精确度，只能简单的故障判别。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术公开了一种硅太阳能电池阵列的故障检测方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种硅太阳能电池阵列的故障检测方法，包括以下步骤：S1采集太阳能电池阵列的温度以及辐照度，得到太阳能电池阵列在该条件下的I-V输出特性关系式；S2根据得到的I-V输出特性关系式，利用基于I-V输出特性的实际串联等效电阻计算式，计算出太阳能电池组件的实际串联等效电阻RS1，通过基于环境参数的参考串联等效电阻计算式，计算出太阳能电池组件的参考串联等效电阻RS；S3根据实际串联等效电阻RS1与参考串联等效电阻RS之间的比值得到K；S4根据K值大小判别太阳能电池阵列故障、电池组件老化或被遮挡的严重程度。进一步，所述I-V输出特性关系式为：其中I表示输出电流，V表示输出电压，G表示辐照度，Gref表示参考辐照度，T表示电池温度，Tref表示参考电池温度，α是温度系数，为正数；β是辐照度系数，为一负数，α与β的值通过实验数据拟合得到，ISC为太阳能电池短路电流，α1为温度补偿系数，β1为简化合并后的系数，K1为拟合系数，VT＝N·(Tk/q)，其中N为输出电压V值所对应的串联电池组件个数，k表示波尔兹曼常数，q表示电子电荷。进一步，基于I-V输出特性的实际串联等效电阻计算式为：RS1＝[ln((IL-(I+K1I))Io+1)·VT-V]/IN (4) I L = G G r e f · ( 1 + α 1 ( T - T r e f ) ) · I S C - - - ( 5 ) ]]> I o = ( T T r e f ) 3 · β 1 - - - ( 6 ) ]]>其中IL为光生电流，Io为等效二极管反向饱和电流基于环境参数的参考串联等效电阻计算式为：RS＝(α·T+β·G)/N (7)其中(4)-(6)根据太阳能电池阵列输出I，V量，再根据基于I-V输出特性的串联等效电阻计算式，计算出的电阻值RS1称为实际串联等效电阻；其中(7)直接根据环境参数T，G进而求得的电阻值RS称为参考串联等效电阻。进一步，所述步骤S2与步骤S3之间还包括步骤S21：根据I-V输出特性关系式找出故障支路，并对故障类型及故障位置进行判断。由于采用了以上技术方案，本专利技术具以下有益技术效果：本专利技术通过采集太阳能电池阵列的温度及辐照度，采用太阳能电池的精确数学模型得到I-V输出特性关系式，计算出实际串联等效电阻RS1，参考串联等效电阻RS及其比值K，进而检测太阳能电池阵列故障。本专利技术综合考虑了温度，辐照度，输出电压、电流参数，提高了判别的精确度，并且能定位故障点的位置。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，其中：图1为太阳能电池等效参数模型；图2实测数据与通过I-V输出特性关系式得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅太阳能电池阵列的故障检测方法，其特征在于：包括以下步骤：S1采集太阳能电池阵列的温度以及辐照度，得到太阳能电池阵列在该条件下的I‑V输出特性关系式；S2根据得到的I‑V输出特性关系式，利用基于I‑V输出特性的实际串联等效电阻计算式，计算出太阳能电池组件的实际串联等效电阻RS1，通过基于环境参数的参考串联等效电阻计算式，计算出太阳能电池组件的参考串联等效电阻RS；S3根据实际串联等效电阻RS1与参考串联等效电阻RS之间的比值得到K；S4根据K值大小判别太阳能电池阵列故障、电池组件老化或被遮挡的严重程度。

【技术特征摘要】
1.一种硅太阳能电池阵列的故障检测方法，其特征在于：包括以下步骤：S1采集太阳能电池阵列的温度以及辐照度，得到太阳能电池阵列在该条件下的I-V输出特性关系式；S2根据得到的I-V输出特性关系式，利用基于I-V输出特性的实际串联等效电阻计算式，计算出太阳能电池组件的实际串联等效电阻RS1，通过基于环境参数的参考串联等效电阻计算式，计算出太阳能电池组件的参考串联等效电阻RS；S3根据实际串联等效电阻RS1与参考串联等效电阻RS之间的比值得到K；S4根据K值大小判别太阳能电池阵列故障、电池组件老化或被遮挡的严重程度。2.根据权利要求1所述的硅太阳能电池阵列的故障检测方法，其特征在于：所述I-V输出特性关系式为：其中I表示输出电流，V表示输出电压，G表示辐照度，Gref表示参考辐照度，T表示电池温度，Tref表示参考电池温度，α是温度系数，为正数；β是辐照度系数，为一负数，α与β的值通过实验数据拟合得到，ISC为太阳能电池短路电流，α1为温度补偿系数，β1为简化合并后的系数，K1为拟合系数，VT＝N·(Tk/q)，其中N为输出电压V值所对应的串联电池组件个数，k表示波尔兹曼常数，q表示电子电荷。3.根据权利要求2所述的硅太阳能电池阵列的故障检测方法，其特征在于：基于I-V输出特性的实际串联等效电阻计算式为：RS1＝[ln((IL-(I+K1I))Io+1)·VT-V]/IN (4) I L = G G r e f · ( 1 + ...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭珂，伍敏，戴博伟，黄恩芳，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50