光伏組件監測系統設計

殷宇帆

摘 要：文章針對目前分布式小型光伏電站監管不力，易發生安全事故的情況，提出了一種光伏組件監測系統。通過設計無線采集單元實現對光伏組件輸出電壓、電流、背板溫度的采集，再通過433 MHz低功耗無線傳輸至匯聚網關匯總后上傳至數據庫。平臺可以通過對數據庫內信息的分析挖掘，實現異常報警，提高了分布式小型光伏電站的安全性。

關鍵詞：光伏組件；數據采集；監測系統

隨著光伏發電技術的越發成熟，在國家政策對光伏產業的大力支持下，分布式小型光伏電站在工廠、家庭中的應用越來越普及[1]。但是這些分布式小型光伏電站很多都沒有大型光伏電站專業的監控維護措施，因此，針對其重要組成部分光伏組件，本文設計了一套光伏組件監測系統來實現對光伏組件輸出以及背板溫度的監測，并通過對這些數據的挖掘分析尋找異常點，提高分布式小型光伏電站的安全性。

1 光伏組件監測系統的總體框架

光伏組件監測系統主要由無線采集單元、匯聚網關單元、網絡數據處理單元、智能監測平臺組成。其總體結構如圖1所示。

無線采集單元安裝于光伏組件背板接線盒內，將采集到的電壓、電流、背板溫度通過433 MHz無線發送至匯聚網關單元，匯聚網關單元將接收到的數據上傳至數據庫，服務器通過對數據庫內的信息進行匯總、異常分析等，然后通過光伏組件監測平臺展示。

2 無線采集單元設計

無線采集單元的主控選擇的是stm32F103系列的stm32F103RBT6，低功耗無線采用了SI4463芯片的433 MHz無線模塊，其出色的傳輸距離、較低的功耗、較強的繞射能力讓它在工業物聯網中得到了廣泛的應用。

2.1 光伏組件數據采集端設計

光伏組件數據采集端的電路如圖2所示。其中電壓的采集通過對光伏組件輸出電壓進行分壓，然后通過stm32自帶的AD進行采樣；電流的采集則需要用到低功耗電流感測放大器（Max44284F），通過對線路中接入的小阻值電壓進行采樣放大，計算出線路中的電流；溫度采集采用常用的DS18B20采集，有著體積小，精度高，無需外圍電路、封裝形式多樣的優點。

2.2 433 MHz無線模塊接口電路設計

433 MHz無線模塊接口電路如圖3所示。

2.3 主控電路設計

主控部分采用常規stm32最小系統，需要注意的是為了提高其AD的精度，需要增加外置晶振。

3 數據庫的設計

數據庫內主要存儲光伏組件的信息包括編號、輸出電壓、輸出電流、背板溫度、時間、異常標識、當日發電總量等如圖4所示；用戶的管理信息包括賬戶密碼，權限管理，操作記錄等，如圖5所示[2]。

4 光伏組件監測平臺設計

服務器端在Linux操作系統下搭建開源的Apache網頁服務器，后臺采用Java技術實現各項功能，具體如下。

用戶管理模塊：用戶管理模塊包括用戶信息管理、權限管理、操作記錄管理等。需要實現用戶信息的添加、更改、刪除以及操作權限的管理等。

實時監測模塊：用戶可以在光伏組件監測平臺發送指令，讓下層設備上傳當前時間的信息，若沒有具體指令下發，下層則按照既定的時間間隔上傳。

歷史數據查詢模塊：用戶可以在光伏組件監測平臺通過直方圖、曲線圖、表格形式查詢光伏組件的歷史數據。

異常報警模塊：通過對數據庫內同一時間點的光伏組件特征進行挖掘，搜索出可能存在異常的光伏組件，并在平臺上報警提示[3]。

5 結語

本文提出了一種光伏組件監測系統的設計方案，研究了該系統的總體架構，無線采集單元的設計、數據庫的設計以及平臺的功能設計，對分布式小型光伏電站內的光伏組件實現監測，故障報警，減少了因局部故障導致系統功率下降造成的經濟損失，提高了其在各類應用場景下的安全性。

[參考文獻]

[1]楊鋒.基于直流電力線載波通信的光伏組件監測系統[D].北京：南京郵電大學，2017.

[2]尹春雨.光伏組件故障診斷與信息管理系統研究[D].北京：華北電力大學（北京），2017.

[3]段家慧.光伏陣列智能監測和故障預測方法[D].南寧：廣西大學，2018.