[发明专利]一种光伏电池板热斑效应在线检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及光伏发电领域，尤其是一种光伏电池板热斑效应在线检测装置。

背景技术

随着经济全球化进程的不断加速和工业经济的迅猛发展，世界范围内的能源短缺和环境污染已成为制约人类社会可持续发展的两大重要因素，大力发展可再生无污染的能源已成为当务之急。而太阳能具有取之不尽、用之不竭、不会污染环境和破坏生态平衡的特点，受到越来越多政府和人们的重视。

太阳能(也称光伏)电站工作的稳定性和输出功率与每一块光伏电池板的工作状态都息息相关，如何有效地对每块光伏电池板进行检测和故障诊断是维持光伏电站正常工作的首要问题。然而，热斑效应是光伏电池板的运行过程中极易发生的一种主要故障现象。具体地讲，在光照不均匀、光伏电池板被遮蔽、光伏电池板本身质量不合格或者电池板安装使用不当等情况下，光伏电池会出现热斑效应，即不再作为电源向外输出功率，而是成为负载消耗其他未被遮蔽的光伏电池产生的功率，此时系统的发电效率会急剧下降，严重时被遮蔽的光伏电池会由于过热而烧毁，从而使系统可靠性降低。

为了避免上述问题，前人已经做了很多有益的探索。例如，张臻等人提出了一种检测光伏热斑损害的太阳电池漏电流的系统及方法，通过测试太阳电池反向偏压下温度变化情况，判定反偏漏电流的分布情况，根据反向漏电流大小，进行电池分类，同时通过红外热相扫描，检测太阳电池反向漏电流分布，挑选出局部漏电流密度大的电池，从而避免太阳电池实际使用中，在电流失配引起的电压反偏情况下产生温度过高的热斑问题，该方法存在的缺点：1.利用太阳电池反向偏压下温度变化情况来作为依据，然而温度很容易受外界环境影响；2.仅仅根据温度来判断局部漏电流密度大的电池可靠性不是很强；3.红外热像扫描成本较高。又如，方丁玉等人提出的一种自动识别光伏电池板组件热斑效应的电路装置及控制方法，该方法利用取样传感器获取光伏电池板回路中的电流信号并转为直流电压信号，传送至迟滞比较器单元，迟滞比较器单元将该直流电压信号与基准单元中的基准阀值进行比较，由控制单元控制旁路二极管组件与电池板的接通与断开，尽管该方法能够在一定条件下自动识别光伏电池板组件是否发生了热斑效应，但是其不能检测到光伏电池板组件热斑效应的损害程度且附加成本较高。还有，目前常用的检测光伏电池板热斑效应方法是基于红外图像分析的方法，其根据发生热斑现象的光伏电池单体表面温度与正常工作的光伏电池单体表面温度差异十分明显,导致两者产生的红外图像差异也是十分明显,通过对红外图像的处理与分析,来提取可能的热斑现象故障区域及区域的特征信息,从而能够实现对光伏电池单体工作状态正常与否进行识别，然而此种方法存在一些缺陷：1.不能区分温度相差不明显的状态,检测精度与准确度不高；2.实时性差且不易实现在线检测分析等。

因而，如何实时地检测光伏组件的热斑效应以及热斑损害的程度，保证整个光伏组件输出功率的稳定以及提高整个光伏发电系统的可靠性，是目前亟待研究的方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种光伏电池板热斑效应在线检测装置，属于光伏发电领域。本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：首先将一块光伏电池板视为整体，通过传感器单元采集光伏电池板的输出电压信号与负载电流信号，然后处理器单元运用预先设定的算法公式对采集的电压信号与电流信号进行处理，并将处理结果输出给显示单元，最后显示单元显示光伏电池板是否发生热斑效应以及发生热斑效应的单电池个数。本发明能够在线检测光伏电池板是否发生热斑效应以及发生热斑效应的电池数，避免因维护不及时带来的光伏系统安全隐患，进一步提高光伏发电系统的可靠性与稳定性。

进一步，所述的光伏电池板热斑效应在线检测装置包括传感器单元、处理器单元、显示单元以及电源，其具体的检测过程为：传感器单元采集某一块光伏电池板的负载电流信号与输出电压信号，并将采集所得数据输入给处理器单元，然后处理器单元根据设定的算法公式进行计算，进而判断光伏电池板热斑效应具体情况。

所述的传感器单元包括电流采集传感器和电压采集传感器，电流采集传感器串联在光伏组件阵列上，而电压采集传感器并联在光伏组件阵列上，以此来采集相应的电流信号(I)与电压信号(U)。

所述的处理器单元，其主控芯片为STC89C52RC。另外处理器单元内预先设定的算法公式如下：

单个电池发生热斑效应所消耗的功率(P_m)为：