赵国驰
西安隆基绿能建筑科技有限公司 陕西西安 710000
摘要：随着全球能源消耗加剧，化石能源有不可持续发展的局限性，太阳能作为一种重要的可再生能源，光伏发电在总能源结构中比例大幅上升。随着光伏发电站全球总量的增加，电站的高效运维受到研究重视，特别是灰尘积聚对光伏发电组件的发电效率的影响。大量的灰尘积聚会严重降低光伏组件发电效率，这是因为大量积灰降低了光照强度，同时也阻碍了光伏组件有效散热。此外积灰分布不均匀或局部异物污染遮挡，会使光伏组件出现热斑效应，损坏光伏组件。研究得出在沙特阿拉伯Dhahran的室外暴露45d后，相应的灰尘沉积约为5g/m2，光谱透射率降低约35%，总透光率降低约20%。研究发现美国加州在干旱无降水时，光伏发电效率平均每天下降0.2%，这种日常损失导致年度能量损失达到56%。可见，积灰对光伏组件能量损耗影响严重。
关键词：光伏组件；积尘；智能监测
引言
目前,针对灰尘沉积对光伏组件性能的影响研究，大多是通过在室内模拟自然灰尘，研究灰尘沉积对不同封装材料光伏组件性能的影响及受积灰影响发电功率的衰减情况，而对实际的积灰和局部阴影对光伏电站进行现场测试数据分析较少。本研究以某地区光伏电站项目为例，随机选取了4个不同电站对同一种型号组件，环境温度和背板温度及辐照度都相近的情况下，分别研究了光伏电站中积灰、遮挡对光伏组件衰减率的影响，并结合实际电站对组件衰减率的测试具体分析了积灰、遮挡对光伏组件衰减率的影响大小，为光伏电站后期的运营维护提供依据。
1积尘检测原理
将通过比对的方法来得到积灰组件与清洁组件之间输出功率的比值，并以此数值来定义清洁度。这样，用户可以直观的得到积灰导致的发电量下降比例，或者说是对组件进行清洗，发电量可以提高的比例；该数值可以为清洗时间的选择提供依据。光伏组件的输出功率除了与光照、温度有关，还与自身的转换效率、衰减有关。为了提高检测的精度，本文采用将一块小型光伏组件放置在高透光玻璃（光伏组件专用玻璃）下面，玻璃一半暴露在外面，与光伏电站的组件保持一样的清洁度，另一半则在暗箱中保持清洁状态。首先测量图1位置时小型光伏组件的输出功率，然后电动推杆通电将清洁的玻璃推到左侧，如图2所示，再次测量小型光伏组件的输出功率。将两次测量结果进行比对就可以得到光伏组件因积灰导致输出功率下降的比例。系统还设置了自动清洗装置，当光伏电站进行组件清洗后，本系统也要进行清洗，从而保持与光伏电站中组件的清洁度一致。清洗系统包括水箱、液位传感器、进水电磁阀、水泵和喷头。
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2环境监测系统整体实现流程
环境监测系统整体实现流程为：光伏电池组件-温度传感器模块-电压跟随器-放大电路-电压采样-电流采样-放大电路-AD转换模块-单片机控制器-LCD显示模板。在此设计中，得到传感器采集的温度数据后，需要进入电压跟随器处理实现电压跟随的效果，然后进行放大，接着通过ADC采样电路完成电压和电流信号的采样，然后进行二次放大处理，通过AD转换模块送入单片机进行控制，按照温度检测的控制逻辑输出最终的温度及电流等信息，并于LCD显示模块进行动态显示。方案设计完成后，需在Keil编程软件中完成温度检测系统的程序编写，然后下载至单片机微处理器，方可实现相应的采集与显示功能。其温度检测系统的主程序流程为：开始-系统初始化-温度数据采集-电压跟随放大-电压信号采样-电流信号采样-LCD动态显示-关闭总中断-结束。
3系统设计
3.1硬件系统设计
本文的硬件系统如图3所示。小型光伏组件通过控制单元向蓄电池充电，蓄电池为整个系统提供电能。因此小型光伏组件在系统中即发挥检测元件的功能，也发挥了发电的功能，保证本系统可以不需要外接电源。控制单元实时检测小型光伏组件的输出功率，在达到预定测试条件（可以从时间、光照强度进行设置）时启动对比检测，即启动电动推杆，使玻璃运动到图2所示位置，并检测小型光伏组件的输出功率。由单片机完成数据的处理后进行存储，并通过无线通信模块发送给用户，当然用户也可以通过系统自带的显示模块进行查询。同时控制单元还采集液位传感器的信号，控制进水电磁阀的开关来保持水箱水位。在用户启动自动清洗功能时，控制器启动水泵和电动推杆，利用喷头和光伏组件专用玻璃的移动来实现自动清洗。
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3.2测试仪器
太阳辐射测量TMR-ZS1A气象生态环境监测仪，太阳辐射值测试精度±5%，分辨率1W2m-2，测温精度±0.1℃，显示分度0.1℃；苏州诺威特测控科技有限公司生产的光伏组件功率衰减采用PV900便携式太阳能I-V测试仪，最大功率测试范围50W～10kW，最大功率测试重复性±1%，转换到STC下最大功率准确性±5%，电压测试精度0.1V，电流测试精度0.001A，温度测试精度±1℃，辐照度测试范围0～1800W/m2，测试精度>±3%。
3.3LCD显示电路
为更加直观了解光伏板电池组件的具体情况，需设计显示电路来观察电池组件的相关数据，主要包括温度数据、电路中的电压及电流信号，其中温度数据可实时反映当前运行状态下的温度变化情况，而对电压及电流信号的监测是为防止光伏系统出现过压和过流等安全隐患。，LCD显示电路选用的仿真模块为LM016L，它具有非常简单的指令集，但可实现的功能性比较强。当系统在传输
3.4系统仿真
本文在Proteus中搭建了环境监测系统的仿真电路模型，其主要部件含括单片机最小系统、电压跟随器、ADC采样电路、LCD显示电路等，通过对温度及光强监测电路结构的合理连线集成各电路功能，以实现光伏电池组件的环境信息检测系统设计。光伏板电池组件环境检测系统仿真模型通过单片机最小系统的逻辑控制与数据接收，DS18B20的目的就是完成当前温度数据的收集，采集的数据依靠电压跟随放大输出至采样电路，然后将显示内容的具体值发送至LCD。
3.5软件系统设计
系统每天定时检测发电量下降程度，并通过网络获取天气数据，然后计算出当前清洗能产生的效益，最后把结果发送到用户手机上。采用“YY天气”天气数据接口API，可以获取7天的天气预报。
结束语
综上，本文针对光伏电池组件进行环境信息监测，在利用温度传感器提取环境信息的基础上，通过ADC采样电路实现对系统运行电压及电流的采样，对光伏电池组件的多类环境信息进行初步采集和控制传输。仿真及硬件测试结果表明，本系统的设计能够实现光伏电池组件的温度、感应电流、输出功率等数据的动态监测，说明该监测系统能够适用于光伏电池组件的研究，具有较好的实用价值与研究意义。
参考文献
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