智慧光伏电池组件制造技术

智慧光伏电池组件，属于光伏发电系统中的监测、运行与管理领域。光伏组件典型问题包括：连接，灰尘积聚和组件退化差异等，当这些问题发生时光伏发电系统的效率会受到影响。给光伏组件增加智能监测系统，使光伏组件成为智慧组件。光伏电站监控系统通过采集智慧组件参数可以更有效的管理光伏电站，组件结合监控系统提供的参数实现自我诊断管理，有效地识别单个光伏组件任何异常：灰尘、面板退化、开路、光斑效应等。本实用新型专利技术由单片机系统，电源供电回路，电压检测回路，电流检测回路，智慧通信接口回路，电度计量芯片等构成。采用大规模集成电路，体积小、功耗低、可靠性高，与光伏组件接线盒组合在一起，提供光伏发电系统寿命期内组件的连续监测能力。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及太阳能光伏发电领域，特别是电池组件的在线连续监测、运行与管理。技术背景太阳是我们取之不尽的无限能量来源，在未来数亿年也不会消失，太阳能可以替 代化石能源所产生的能量。虽然太阳能发电是首选的清洁能源，但目前由于太阳能发电的 成本较高及技术原因，以及受到社会的政治和经济负担的制约，所以目前的太阳能发电的 应用并不像太阳能的完美那样呈指数增加。太阳能发电系统的主要构成部件是光伏电池阵列中的光伏组件。光伏组件典型问 题包括连接，灰尘积聚和组件退化差异等，当这些问题发生时整个太阳能发电系统的效率 可能会受到影响，由于太阳能发电组件的功率密度较小(150W/平方米)，导致光伏阵列分 散在很大的平面空间上，之前的应用在技术上无法对它们实施有效监测。本技术通过在光伏组件接线盒内增加一个智能监测系统，并把它们作为光伏 监控网络的一节点，提供监测和核查个别光伏组件运行状态的手段。解决了过去工程技术 人员逐个测试光伏组件的电压来判断运行中的个别光伏组件性能的困难，特别是需移动光 伏组件才能实施的应用场合，这种侵入性方法常常会导致光伏发电系统出现新的问题。当然之前也有各种通用智能仪表可以监测每个光伏组件的电压、电流等性能，但 需要大量的电线来连接每个组件，导致其成本较高；同时增加的设备及电缆的可靠性也无 法满足光伏发电25年的寿命要求；目前未见实际应用。以典型的商业系统(50千峰瓦)为 例，共需要300块光伏组件组成17串，可能需要上千根电线。此外，串联后产生潜在的高电 压(0-600VDC)若接线具有相当大的安全风险。本技术回避了这种危险，采用了每个光 伏组件设一个采集装置并集成到接线盒内与光伏组件一体化的思想，回避外部电缆连接， 用最少的资源实现对光伏组件的监测，可以节省大量的电缆资源。本技术作为光伏发电系统的主要部件，也是光伏监控系统的基本元件，它是 一个与光伏组件结合在一起的、自动的过程监视系统，它实时在线关注每个光伏组件的运 行性能。本技术包括电压、电流检测回路和单片机系统，采用了串行通讯协议，这样容 许分散面积较广的较多光伏模块分享共同的通讯线。本技术通过光耦隔离的通讯线 连接发电系统，保证了高电压的安全性。本技术优选采用智慧无线网络通讯系统实现上述安全功能。本技术提供太阳能电池性能的连续监测能力，作为光伏组件的必不可少组成 部分。这是对现有光伏发电系统的重大改进，它与原有基于并网逆变器的运行监控系统相 互补充；本技术的监测能更有效地识别光伏组件异常，即使是最细微的问题如灰尘和 面板退化。
技术实现思路
目前的太阳能光伏电池组件(简称光伏组件)主要包括若干连接好的电池片与 接线盒，提供了太阳能转换为电能的基本能力及输送连接接口。在由它们组成的光伏发电 系统中，它们的运行信息人们无法感知，组件处于孤立的运行状态，当光伏组件发生异常时 人们就无法及时了解与处理，影响发电效率。图四显示的是我们建立在光伏组件9上，组合 到接线盒10内的智能监测系统11背板布置图，当然智能监测系统11也可独立安装。智能 监测系统提供了对组件的测量管理能力，同时把太阳能光伏电池组件的运行输出参数(电 度、P、V、I)通过有线或无线的方式传送出去，提供有效地监视整个光伏发电系统技术手段， 使工程技术人员能够迅速确定发电水平，发现潜在的问题，进而快速发现太阳能电池阵列 内相关光伏组件的具体位置。本技术提供了太阳能电池性能的连续监测能力，硬件由高频电源(DC/DC)、单 片机系统、电压检测电路、电流检测电路、模拟到数字(A/D)转换器和光电隔离的通讯接口 或智慧无线网络组成。本技术公开了一种智慧光伏电池组件，包括至少一个单片机系统、高频转换 器高频转换器、电压检测电路以及电流检测电路连接光伏组件；所述单片机系统通过网络 接口连接RS485通讯物理电缆或者RF天线。所述单片机系统，采用SoC封装或者安装在印制电路板上，单片机系统包含CPU模 块、FlashROM, RAM、A/D 模块、R/F 模块。所述电压检测电路作为光伏组件本体运行状态监视的基本参数电路，输入相邻组 件的电压。包括一个模拟到数字A/D转换器将检测电压回路模拟量转换到数字量，所述电压 检测电路和电流检测电路通过模拟到数字A/D转换器连接单片机系统。所述高频转换器将光伏组件电能转化后为单片机系统供电。本技术提供了三种计算机硬件系统实施方案，硬件系统框图中1是单片机， 内部包含CPU、FlashROM、RAM、SPI、UART、PIO、RF、A/D ；2是电源供电回路；3是电压检测回 路；4是电流检测回路；5是光耦隔离回路；6是无线通信RF回路及天线；7是RS485通讯 电缆；8是电度计量芯片(A/D) ；9是光伏电池组件本体；10是接线盒；11是包含上述1到8 的智慧监测系统。实例1 图一是实现智慧光伏组件的实例框图，也是智慧光伏组件的基本硬件，1是单片机 系统，其中CPU作为智慧光伏系统的核心提供对各部件的管理及智能信息处理能力、ROM 提供软件存储空间及光伏组件出厂参数存储空间、RAM提供CPU运行需要的内存及实时数 据存储空间、UART是异步串行通讯接口经过光耦隔离后与RS485接口连接、内部A/D对3 和4输入的电压和电流进行模数转换，2将光伏组件产生的电能通过高频转换器产生工作 电源供给智慧光伏系统，3是电压检测的取样电阻网络，4是电流取样电阻或霍尔传感器，5 提供智慧光伏组件与串行通讯网络的光耦物理隔离，7是RS485通讯物理电缆。实例2 图二是实现智慧光伏组件的另一实例框图，在图一的基础上稍作改进，S卩采用独 立的电能计量芯片8代替单片机内部的A/D转换器，通过单片机内部的SPI接口读取电度计量芯片内采集的光伏组件运行电压、电流、功率、电度等数字化信息。实例3 图三是实现智慧光伏组件的另一实例框图，在图二的基础上稍作改进，它采用单 片机内部集成的无线RF网络接口代替异步串行通讯接口 UART，RF天线12代替RS485电缆 7实现各光伏组件的无电耦合连接，若增加一个RF接口可以组成两级无线网络。本技术的硬件方案不局限于上述实现方案，在不背离本技术精神前提下 可作出修改，但这些修改仍属于本技术权利要求的保护范围。本技术允许输入相邻组件的工作电压，实现双组件监测。智能监测系统通过软件实现 光伏电站监控数据中心通过采集本组件的实时数据、历史曲线与逆变器的实时 数据相互补充进行监测光伏发电系统，实现组件级光伏电站监控功能； 提供了光伏发电站有效地了解当前各个组件的运行情况的技术手段； 可以保持组件运行在最佳状态和预测未来的电力生产； 提供数据比较分析识别光伏组件异常，即使是最细微的问题如灰尘和面板退 化； 确定需要玻璃表面的清洗或更换有缺陷的组件。附图说明图1是实现智慧光伏组件的实例之一。图2是实现智慧光伏组件的另一实例框图。图3是实现智慧光伏组件的另一实例框图。图4是实现智慧光伏组件的背面安装简图。图5是实现智慧光伏组件的软件主程序框图。图6是实现智慧光伏组件实例的电原理图。具体实施方式图1中1是单片机系统，内含中央处理器CPU、程序和参数存储器ROM、内存及实 时数据存储空间RA本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种智慧光伏电池组件，其特征是，包括：至少一个单片机系统（１）、高频转换器（２）、至少一个电压检测电路（３）、电流检测电路（４）、网络接口；所述单片机系统（１）分别通过高频转换器（２）、电压检测电路（３）以及电流检测电路（４）连接光伏组件；所述单片机系统（１）通过网络接口连接ＲＳ４８５通讯物理电缆（７）或者ＲＦ天线（１２）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶明宝，
申请(专利权)人：叶明宝，
类型：实用新型
国别省市：84