一种光伏电池板积灰状态监测系统与清洗周期优化方法技术方案

一种光伏电池板积灰状态监测系统，其特点是：包括环境温湿度传感器输出端与数据采集器第一输入端连接，太阳能总辐射传感器输出端与数据采集器第二输入端连接，电池组件背板温度传感器输出端与数据采集器第三输入端连接；电池组件背板温度传感器嵌在光伏电池板阵列的电池组件背板上，光伏电池板阵列的输出端与汇流箱输入端连接，汇流箱输出端与直流柜输入端连接；直流柜第一输出端通过电流传感器与数据采集器第四输入端连接，直流柜第二输出端通过电压传感器与数据采集器第五输入端连接，数据采集器输出端与工控机连接；直流柜第三输出端与逆变器输入端连接，逆变器输出端与变压器输入端，变压器输出端与输配电网连接。并提供其清洗周期确定方法。

【技术实现步骤摘要】
一种光伏电池板积灰状态监测系统与清洗周期优化方法
本专利技术涉及太阳能光伏发电
，是一种光伏电池板积灰状态监测系统与清洗周期优化方法。
技术介绍
我国西北、华北和东北，俗称“三北”地区太阳能资源丰富、辐射强度大，大型集中式光伏电站得到快速发展。然而，这些区域也是典型的风沙大、扬尘多、缺水地带，长时间运行后灰尘覆盖在光伏电池板面形成积灰。积灰给光伏电站的运行带来了多重危害，首先，导致电池板透光率降低，光电转换效率，简称效率下降，同等气象条件下发电量降低。早在1942年美国学者提出大气悬浮颗粒物沉积将导致太阳能设备效率下降，并且还需耗费额外的清洗费用，研究表明积灰密度与效率降低值呈线性关系，并且在30～60天灰尘沉积逐渐达到渐进值，其年累计平均可降低输出电功率10～25％，沙尘暴对电池板的影响更严重，1个小时板面沉积的积灰可使效率降低70～80％。其次，积灰破坏了光伏电池板面热平衡，导致板面局部地区过热，容易产生烧结热斑。最后，大气悬浮颗粒物主要由1nm～100μm的胶体组成，沉积的积灰具有酸碱特性，与水汽结合生成酸、碱性物将侵蚀钢化玻璃表面。所以电池板积灰的状态的实时监测，并及时清洗对光伏电站具有显著的安全、经济效益。尽管清洗可有效的去除积灰，但是电池板积灰到何种程度开始清洗仍无法定量确定，主要有两个方面的问题有待解决。一是电池板积灰程度暂无有效的评估方法和在线检测装置，目前主要研究结果在于说明积灰的密度与效率的关联度。如学者指出积灰密度达到50、150、250g/m2时，其效率可分别降低10、30、70％。并且由于区域环境和天气条件的影响，造成不同的研究结果差异较大，对工程应用的指导意义不大。二是缺乏可操作的积灰费用与清洗费用分析与优化模型。有学者依据光伏电站厂址地的平均温度、年降水量和纬度给出了个清洗周期推荐值，未考虑电站的实际运行状态。现场运维人员依靠经验，通过现场人为观测来决定是否清洗，或是采用90、30d的固定清洗周期。清洗周期对光伏电站运维经济性的影响在于：如果清洗频次高(即清洗间隔小)，积灰较少，光伏电池板因积灰造成的电量损失费小，但是清洗维护费较高，清洗装备运行经济效益差；如果清洗频次低(即清洗间隔大)，清洗维护费较低，但是积灰严重，光伏电池板因积灰造成的电量损失费高，光伏电站运行经济效益差。
技术实现思路
本专利技术构思的基础是，针对现有光伏电池板积灰状态定量评估与清洗时间确定存在的不足，1)本专利技术实时采集光伏电池板运行状态参数和环境气象参数，构建光伏电池板发电效率实时计算模型，将其与清洁状态光伏电站发电效率比较分析，建立积灰对电池效率影响的动态特性预测模型；2)本专利技术基于积灰造成电量损失的预测模型，从积灰造成电量损失费和清洗维护费两个方面来建立积灰经济损失评估算法，以年运行中电量损失费与清洗维护费之和最小化来确定最佳清洗周期。本专利技术的目的是，提供一种结构简单、实时性好、精确度高、可实施性好的光伏电池板积灰状态发电效率监测系统，并提供其科学合理，使光伏电池板积灰造成的电量损失费和清洗设备的清洗维护费之和最小，提高光伏电池板使用寿命的清洗周期确定方法。实现本专利技术目的所采用的技术方案之一是：一种光伏电池板积灰状态监测系统，其特征在于：它包括环境温湿度传感器输出端与数据采集器第一输入端连接，太阳能总辐射传感器输出端与数据采集器第二输入端连接，电池组件背板温度传感器输出端与数据采集器第三输入端连接；电池组件背板温度传感器嵌在光伏电池板阵列的电池组件背板上，光伏电池板阵列的输出端与汇流箱输入端连接，汇流箱输出端与直流柜输入端连接；直流柜第一输出端通过电流传感器与数据采集器第四输入端连接，直流柜第二输出端通过电压传感器与数据采集器第五输入端连接，数据采集器输出端与工控机连接；直流柜第三输出端与逆变器输入端连接，逆变器输出端与变压器输入端，变压器输出端与输配电网连接。实现本专利技术目的所采用的技术方案之二是，一种光伏电池板积灰的清洗周期优化方法，其特征在于：光伏电池板两次清洗的间隔为清洗周期，依据年运行时间内积灰造成的电量损失费和清洗设备造成的清洗维护费之和最小化为目标，其所对应的清洗间隔为光伏电池板的最佳清洗周期，整个最佳清洗周期由下述方程组定量描述：积灰状态下电池额定工作温度工况光伏电池板发电效率积灰状态下光伏电池板电功率损失率积灰增长造成的电量损失费ed＝P·ηpl·td·Ce(3)清洗设备造成的清洗维护费ec＝F·Cc(4)单个清洗周期中清洗间隔内积灰增长产生的电量损失费用单个清洗周期中清洗时间内积灰清洗产生的清洗维护费用Ec＝P·ec(6)年累计积灰造成的电量损失和清洗维护的总经济损失其中，Tb为光伏电池板背板温度，Tr为光伏电池板额定工作温度，ptc为光伏电池板功率温度系数，Pm为积灰状态下光伏电池板输出电功率，Ai为光伏电池板面积，Pin为太阳能总辐射度，ηon为积灰状态下电池额定工作温度工况光伏电池板发电效率，η为清洁状态下电池额定工作温度工况光伏电池板发电效率，ηpl为积灰工况下光伏电池板电功率损失率，tci为清洗间隔，ed为积灰增长造成的电量损失费，P为光伏电站装机容量，td为平均每天利用小时数，Ce为上网电价，ec为清洗设备造成的清洗维护费，F为单位容量光伏电站电池板面积，Cc为单位面积光伏电池板清洗维护费，Ed为单个清洗周期中清洗间隔内积灰增长产生的电量损失费用，Ec为单个清洗周期中清洗时间内积灰清洗产生的清洗维护费用，E为年累计积灰造成的电量损失和清洗维护的总经济损失，t为年累计光伏电池板积灰清洗设备运行时间；运行中，监测积灰工况下光伏电池板输出电功率、光伏电池板背板温度和太阳能总辐射度，联立式(1)和(2)确定光伏电池板电功率损失率与积灰时间的定量关系，由光伏电站装机容量、利用时间和上网电价，联立式(3)确定积灰造成的电量损失费，联立式(4)确定积灰清洗设备造成的清洗维护费，再联立式(5)、式(6)和式(7)确定年累计积灰造成的电量损失和清洗维护的总经济损失，其最小值对应的清洗周期为最佳清洗周期。本专利技术的光伏电池板积灰状态监测系统的优点体现在：一是实时检测环境温湿度、太阳能总辐射度和光伏电池板背板温度，通过积灰工况下光伏电池板发电效率计算模型实时计算分析发电效率；二是依据太阳能总辐射度和光伏电池板背板温度对发电效率的影响规律，将积灰工况的发电效率统一折算到光伏电池板额定工作温度条件下，将其与清洁工况额定工作温度条件下的发电效率对比分析，获得积灰对光伏电站发电量损失的影响；三是可设置光伏电池板清洗报警阈值，实时监测的光伏电池板发电效率达到清洗阈值时，发出报警，提醒工作人员及时清洗光伏电池板积灰；四是结构简单、合理，造价低廉，无特殊要求设备，可实施性好，更重要的是实时监测了光伏电池板积灰的影响，定量分析积灰导致的发电量损失，节能、环保效果佳。本专利技术的光伏电池板积灰的清洗周期优化方法是依据该光伏电池板积灰清洗设备运行时间内最佳清洗间隔来确定清洗周期，调整积灰清洗间隔，可维持光伏电站积灰造成电量损失费和清洗维护费之和最小化，其方法科学合理，能够提高光伏电站运行经济性、提高光伏电站版使用寿命。附图说明图1为光伏电池板积灰状态监测系统原理图；图2为光伏电池板发电效率与太阳能总辐射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏电池板积灰状态监测系统，其特征在于：它包括环境温湿度传感器输出端与数据采集器第一输入端连接，太阳能总辐射传感器输出端与数据采集器第二输入端连接，电池组件背板温度传感器输出端与数据采集器第三输入端连接；电池组件背板温度传感器嵌在光伏电池板阵列的电池组件背板上，光伏电池板阵列的输出端与汇流箱输入端连接，汇流箱输出端与直流柜输入端连接；直流柜第一输出端通过电流传感器与数据采集器第四输入端连接，直流柜第二输出端通过电压传感器与数据采集器第五输入端连接，数据采集器输出端与工控机连接；直流柜第三输出端与逆变器输入端连接，逆变器输出端与变压器输入端，变压器输出端与输配电网连接。

【技术特征摘要】
1.一种光伏电池板积灰状态监测系统，其特征在于：它包括环境温湿度传感器输出端与数据采集器第一输入端连接，太阳能总辐射传感器输出端与数据采集器第二输入端连接，电池组件背板温度传感器输出端与数据采集器第三输入端连接；电池组件背板温度传感器嵌在光伏电池板阵列的电池组件背板上，光伏电池板阵列的输出端与汇流箱输入端连接，汇流箱输出端与直流柜输入端连接；直流柜第一输出端通过电流传感器与数据采集器第四输入端连接，直流柜第二输出端通过电压传感器与数据采集器第五输入端连接，数据采集器输出端与工控机连接；直流柜第三输出端与逆变器输入端连接，逆变器输出端与变压器输入端，变压器输出端与输配电网连接。2.根据权利要求1所述的一种光伏电池板积灰的清洗周期优化方法，其特征在于：光伏电池板两次清洗的间隔为清洗周期，依据年运行时间内积灰造成的电量损失费和清洗设备造成的清洗维护费之和最小化为目标，其所对应的清洗间隔为光伏电池板的最佳清洗周期，整个最佳清洗周期由下述方程组定量描述：积灰状态下电池额定工作温度工况光伏电池板发电效率积灰状态下光伏电池板电功率损失率积灰增长造成的电量损失费ed＝P·ηpl·td·Ce(3)清洗设备造成的清洗维护费ec＝F·Cc(4)单个清洗周期中清洗间隔内积灰增长产生的电量损失费用单个清洗周期中清洗时间内积灰清洗产生的清洗维护费用Ec＝P·ec(6)年累计积灰造成的电量...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵波，丁若恒，王志，范思远，曹生现，王恭，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22