本发明专利技术公开了一种基于发热碳纤维的光伏电池板自融冰装置，包括MCU模块，MCU模块分别与电源控制转换模块、传感器模块、产热模块、储能蓄电池连接；传感器模块包括叉指电容式覆冰传感器和温湿度传感器，产热模块由多个碳纤维发热丝组成；同时，MCU模块与光伏电池板的输出电压及输出电流的输出信号线连接，MCU模块与储能蓄电池的剩余容量及电池电压的输出信号线连接。本发明专利技术还公开了该种光伏电池板的自融冰控制方法。本发明专利技术的装置及控制方法，防止融冰不足或加热过度造成电池板表面的热斑，同时避免了蓄电池过度放电。
Self-defrosting device and control method for photovoltaic panels based on heating carbon fibers
【技术实现步骤摘要】
基于发热碳纤维的光伏电池板自融冰装置及控制方法
本专利技术属于太阳能发电监测及表面覆冰融冰
，涉及一种基于发热碳纤维的光伏电池板自融冰装置，本专利技术还涉及该装置的融冰控制方法。
技术介绍
随着近年对大数据的日益重视，多个行业领域开发了在线监测装置进行不同方面的数据采集、分析及利用，如对输电线路及变电5设备的运行状态监测，利用野外地震台进行数字测震，使用小型极地监测站对极地生态环境进行信息综合等。但上述的几种监测装置，多安装在远离市电接入点区域，采用线路供电费用高且难度较大。理想的户外监测装置应在多种户外情况下，尽量满足长期、持续的监测，因此稳定可靠的电源是先决条件。目前，针对上述场合的供电方式中，主流电源是太阳能或风能结合蓄电池或其它可充电电池的独立光伏电源。光伏电池板的发电量依赖于透过其表面玻璃面板所能接收到的辐射量。由于安装在户外，运维不便，长期工作后其表面受到环境影响无法保持洁净，降低了其输出功率，导致供电断续。当秋冬季节出现雨雪天气，造成输电线路及光伏电池板覆雪覆冰(以下简称为覆冰)时，输电线路出现故障的概率远大于平时，但电池板也因为冰雪遮挡无法获取太阳辐照产生电能，造成监测装置暂时失效，因此应及时对光伏电池板进行融雪融冰(以下简称为融冰)以保证监测装置的正常工作。目前国内技术的关注点多在灰尘清洗上，融冰除雪方面还处于空白，故急需研制一种运维便捷的光伏电池板自融冰装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于发热碳纤维的光伏电池板自融冰装置，解决现有技术条件下光伏电源因冰雪覆盖无法获取太阳辐射，影响光伏电池板持续发电的问题。本专利技术的另一目的是提供该种光伏电池板的自融冰控制方法，不会对光伏电池板造成高温损害。本专利技术所采用的技术方案是，一种基于发热碳纤维的光伏电池板自融冰装置，包括MCU模块，MCU模块分别与电源控制转换模块、传感器模块、产热模块、储能蓄电池连接；传感器模块包括叉指电容式覆冰传感器和温湿度传感器，产热模块由多个碳纤维发热丝组成；同时，MCU模块与光伏电池板的输出电压及输出电流的输出信号线连接，MCU模块与储能蓄电池的剩余容量及电池电压的输出信号线连接。本专利技术所采用的另一技术方案是，一种光伏电池板的自融冰控制方法，利用上述的光伏电池板自融冰装置，按照以下步骤实施：步骤1、利用传感器模块收集覆冰的信息，结合叉指电容式覆冰传感器及温湿度传感器采集的数据，综合判定当前天气状况及覆冰程度，为MCU模块提供判断依据；步骤2、启动产热模块发热融冰并监测融冰过程及状态，储能蓄电池首先为产热模块供电，启动碳纤维发热融冰，在融冰过程中根据叉指电容式覆冰传感器对光伏电池板表面的冰层状态变化持续进行监测，防止融冰不足或过度融冰的情况发生；步骤3、控制转换供电电源，防止储能蓄电池的过放电；光伏电池板在覆冰状态下处于无输出或极低输出的情况，因此前期融冰装置需要储能蓄电池进行供电，在融冰过程中MCU模块需对储能蓄电池的荷电状态进行预警监测，荷电状态SOC是描述蓄电池状态的一个重要参数，定义如下：其中，C(t)为某时刻储能蓄电池的剩余电量，Cr为储能蓄电池的总容量，单位均为Ah，SOC＝100％表示储能蓄电池处于满电状态，SOC＝0％表示储能蓄电池处于全放电状态，首先评估储能蓄电池的剩余容量，MCU模块对光伏电池板的输出电压及输出电流进行监控，当其输出电流能较为稳定地达到碳纤维融冰需要的电流值时，电源控制转换模块将碳纤维发热丝的供电电源切换为光伏电池板；步骤4、融冰结束，切断产热模块的供电，整体装置转为低功耗监测状态。本专利技术的有益效果是，包括以下几个方面：1)通过自融冰装置融化消除光伏电池板上表面的冰雪，恢复光伏电池板的太阳能获取能力，避免了因覆冰导致供电不连续，导致户外用电装置无法正常工作的问题，尤其是在长期雨雪天气的情况下，能较快恢复光伏电池板的基本供电。2)考虑到安装在输电线路上或其他户外装置上的光伏电源运维不便，设计嵌入式自启动装置，避免了人工开启关闭，降低人工运维成本，整体成本较低，工作寿命较长。3)基于覆冰及融冰的物理过程规律设计融冰启动电流及关闭时间，避免了融冰不足或加热过度造成电池板表面热斑的问题，同时在融冰到一定程度时转为由光伏电池板向蓄电池供电，避免蓄电池过度放电。附图说明图1本专利技术装置的结构示意图；图2本专利技术装置中光伏电池板11的截面示意图；图3本专利技术装置的光伏电池板11中叉指电容式覆冰传感器10及碳纤维发热丝7布置的俯视图；图4本专利技术装置中的叉指电容式覆冰传感器10的结构示意图。图中，1.玻璃面板，2.EVA膜，3.铝框，4.太阳能电池片，5.电池片连接线，6.接线盒，7.碳纤维发热丝，8.碳纤维连接线，9.自融冰控制盒，10.叉指电容式覆冰传感器，11.光伏电池板，12.激励电极，13.感应电极，14.介质空隙，15.电极引线，16.MCU模块，17.电源控制转换模块，18.传感器模块，19.产热模块，20.储能蓄电池，21.温湿度传感器，22.输出电压，23.输出电流，24.剩余容量，25.电池电压。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。参照图1，本专利技术装置的结构是，包括MCU模块16，采用型号为STC89C51的单片机，MCU模块16分别与电源控制转换模块17、传感器模块18、产热模块19、储能蓄电池20连接；传感器模块18包括叉指电容式覆冰传感器10和温湿度传感器21，产热模块19由多个碳纤维发热丝7组成；同时，MCU模块16与光伏电池板11的输出电压22及输出电流23的输出信号线连接，MCU模块16与储能蓄电池20的剩余容量24及电池电压25的输出信号线连接。即MCU模块16既对光伏电池板11的输出电压22及输出电流23进行监测，又对储能蓄电池20的剩余容量24及电池电压25进行监测，以判断当前储能蓄电池20的能耗情况。参照图2、图3，光伏电池板11的结构是，包括固定在铝框3中的EVA膜2，EVA膜2上表面覆盖有玻璃面板1，EVA膜2中包裹嵌有多组太阳能电池片4，所有的太阳能电池片4通过电池片连接线5接入接线盒6中，EVA膜2中靠近上表面(朝向玻璃面板1)设置有多条碳纤维发热丝7，所有的碳纤维发热丝7(即产热模块19)通过碳纤维连接线8与自融冰控制盒9中的MCU模块16连接；在光伏电池板11的下侧安装有叉指电容式覆冰传感器10。太阳能电池片4采用现有技术，经过对硅片的制绒、扩散、刻蚀、PECVD和丝网印刷等工序制作而成，太阳能电池片4采用串并联方式利用电池片连接线5连接后获得较大的开路电压和短路电流。在EVA胶膜制作过程中将碳纤维发热丝7排布在太阳能电池片4之间一起封装在内部，并通过碳纤维连接线8连接引出到光伏电池板11的背面的自融冰控制盒9中；接线盒6安装在背板的铝框3上，作为光伏电池板11的输出端。为了避免环境的污染和腐蚀，使用EVA膜2将所有的太阳能电池片4“上盖下垫”包封，并与上层透光的玻璃面板1、下层作为背板保护材料的铝框3粘合为一体。参照图3，实施例中，叉指电容式覆冰传感器10及碳纤维发热丝7在光伏电池板11中的布置方式是，由于太阳能电池片4对高温敏感，长时间持续高温会造成太阳能电池片4发生热斑效应，因此将碳纤维发热丝7安装嵌入EVA本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于发热碳纤维的光伏电池板自融冰装置，其特征在于：包括MCU模块(16)，MCU模块(16)分别与电源控制转换模块(17)、传感器模块(18)、产热模块(19)、储能蓄电池(20)连接；传感器模块(18)包括叉指电容式覆冰传感器(10)和温湿度传感器(21)，产热模块(19)由多个碳纤维发热丝(7)组成；同时，MCU模块(16)与光伏电池板(11)的输出电压(22)及输出电流(23)的输出信号线连接，MCU模块(16)与储能蓄电池(20)的剩余容量(24)及电池电压(25)的输出信号线连接。
【技术特征摘要】
1.一种基于发热碳纤维的光伏电池板自融冰装置，其特征在于：包括MCU模块(16)，MCU模块(16)分别与电源控制转换模块(17)、传感器模块(18)、产热模块(19)、储能蓄电池(20)连接；传感器模块(18)包括叉指电容式覆冰传感器(10)和温湿度传感器(21)，产热模块(19)由多个碳纤维发热丝(7)组成；同时，MCU模块(16)与光伏电池板(11)的输出电压(22)及输出电流(23)的输出信号线连接，MCU模块(16)与储能蓄电池(20)的剩余容量(24)及电池电压(25)的输出信号线连接。2.根据权利要求1所述的基于发热碳纤维的光伏电池板自融冰装置，其特征在于：所述的光伏电池板(11)的结构是，包括固定在铝框(3)中的EVA膜(2)，EVA膜(2)上表面覆盖有玻璃面板(1)，EVA膜(2)中包裹嵌有多组太阳能电池片(4)，所有的太阳能电池片(4)通过电池片连接线(5)接入接线盒(6)中，EVA膜(2)中靠近上表面设置有多条碳纤维发热丝(7)，所有的碳纤维发热丝(7)通过碳纤维连接线(8)与自融冰控制盒(9)中的MCU模块(16)连接。3.根据权利要求1所述的基于发热碳纤维的光伏电池板自融冰装置，其特征在于：所述的叉指电容式覆冰传感器(10)设置在光伏电池板(11)的下侧，叉指电容式覆冰传感器(10)的结构是，包括上下相对交错排列的激励电极(12)和感应电极(13)，激励电极(12)和感应电极(13)相对伸出的叉指之间保持有介质空隙(14)，激励电极(12)和感应电极(13)各自对外连接有电极引线(15)。4.一种光伏电池板的自融冰控制方法，其特征在于，利用权利要求1-3任一所述的光伏电池板自融冰装置，按照以下步骤实施：步骤1、利用传感器模块(18)收集覆冰的信息，结合叉指电容式覆冰传感器(10)及温湿度传感器(21)采集的数据，综合判定当前天气状况及覆冰程度，为MCU模块(16)提供判断依据；步骤2、启动产热模块(19)发热融冰并监测融冰过程及状态，储能蓄电池(20)首先为产热模块(19)供电，启动碳纤维发热融冰，在融冰过程中根据叉指电容式覆冰传感器(10)对光伏电池板(11)表面的冰层状态变化持续进行监测，防止融冰不足或过度融冰的情况发生，步骤3、控制转换供电电源，防止储能蓄电池(20)的过放电；光伏电池板(11)在覆冰状态下处于无输出或极低输出的情况，因此前期融冰装置需要储能蓄电池(20)进行供电，在融冰过程中MCU模块(16)需对储能蓄电池(20)...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄新波，邬红霞，朱永灿，胡杰，马一迪，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。