本實(shí)用新型涉及故障監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種光伏組件故障監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)光伏組件通常由60個(gè)光伏電池片組成，如圖1所示，每個(gè)光伏電池片相當(dāng)于一個(gè)獨(dú)立的輸出電源，其IV(電流-電壓)特性曲線如圖2所示。所有60個(gè)電池片串聯(lián)起來對(duì)外輸出，輸出電流約為10～15A，輸出電壓約為30～40V。當(dāng)一塊光伏電池片發(fā)生故障時(shí)，該電池片的電流大大降低，就會(huì)出現(xiàn)如圖2中第II象限的情況，成為一個(gè)壓降很大的負(fù)載，壓降可達(dá)30V，大壓降會(huì)導(dǎo)致電池片迅速升溫引發(fā)火災(zāi)。

現(xiàn)有技術(shù)中，為了防止電池片出現(xiàn)故障帶來的安全隱患，通常在若干個(gè)電池片，例如，如圖1中所示，在20個(gè)電池片中并聯(lián)一個(gè)二極管，如果這20個(gè)電池片中的任意一片電池片故障，二極管可以將這20個(gè)電池片全部短路。這種方式一定程度上避免了熱斑效應(yīng)，降低了故障對(duì)于發(fā)電的損失，但是電站的巡視人員并無法在現(xiàn)場(chǎng)或者從后臺(tái)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)有組件發(fā)生故障，也無法確定是哪個(gè)組件發(fā)生了故障，故障將持續(xù)存在，不僅影響了整個(gè)光伏組的功率，使之偏離最大功率點(diǎn)，而且具有非常危險(xiǎn)的安全隱患。

針對(duì)相關(guān)技術(shù)中無法判斷光伏組件是否故障的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種光伏組件故障監(jiān)測(cè)裝置，以解決相關(guān)技術(shù)中無法判斷光伏組件是否故障的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種光伏組件故障檢測(cè)裝置。該裝置包括：電壓傳感器，與光伏組件相連接，用于監(jiān)測(cè)光伏組件的端電壓并根據(jù)端電壓生成模擬電壓信號(hào)；處理器，與電壓傳感器相連接，用于根據(jù)模擬電壓信號(hào)判斷光伏組件是否故障。

進(jìn)一步地，該裝置還包括：數(shù)據(jù)傳輸模塊，與電壓傳感器和處理器相連接，用于將模擬電壓信號(hào)傳輸至處理器。

進(jìn)一步地，電壓傳感器包括：降壓器，與光伏組件相連接，用于對(duì)端電壓進(jìn)行降壓，得到第一電壓；分檔電路，與降壓器和處理器相連接，用于根據(jù)第一電壓的電壓值所處的電壓值范圍確定第一電壓的檔位。

進(jìn)一步地，分檔電路包括：多個(gè)檔位回路，其中，每個(gè)檔位回路均與降壓器和處理器相連接。

進(jìn)一步地，多個(gè)檔位回路包括目標(biāo)檔位回路，目標(biāo)檔位回路中串聯(lián)有發(fā)光二極管或發(fā)光三極管。

進(jìn)一步地，分檔電路包括：第一電阻，第一端與降壓器的正輸出端相連接；第一二極管，負(fù)極與第一電阻的第二端相連接，正極與降壓器的負(fù)輸出端相連接；第二二極管，正極與第一電阻的第一端相連接；第二電阻，第一端與第二二極管的負(fù)極相連接；第三電阻，第一端與第二二極管的負(fù)極相連接；第四電阻，第一端與第二電阻的第二端相連接；第一三極管，基極與第二電阻的第二端相連接，集電極與第三電阻的第二端相連接；第五電阻，第一端與第一三極管的發(fā)射極相連接，第二端與第四電阻的第二端相連接。

進(jìn)一步地，分檔電路還包括：第三二極管，正極與第一三極管的集電極相連接；第六電阻，第一端與第二二極管的負(fù)極相連接；第二三極管，基極與第三二極管的負(fù)極相連接，集電極與第六電阻的第二端相連接；第七電阻，第一端與第二三極管的發(fā)射極相連接，第二端與第四電阻的第二端相連接。

進(jìn)一步地，分檔電路還包括：第一發(fā)光管，負(fù)極與第一電阻的第二端相連接，正極與第一二極管的負(fù)極相連接；第二發(fā)光管，正極與第二三極管的發(fā)射極相連接，負(fù)極與第七電阻的第一端相連接。

進(jìn)一步地，電壓傳感器還包括：濾波電路，連接在降壓器與分檔電路之間，用于對(duì)第一電壓進(jìn)行濾波。

進(jìn)一步地，濾波電路包括：第八電阻，串聯(lián)在降壓器的正輸出端與分檔電路之間；電容，與分檔電路并聯(lián)。

本實(shí)用新型通過監(jiān)測(cè)光伏組件的端電壓并根據(jù)端電壓生成模擬電壓信號(hào)；根據(jù)模擬電壓信號(hào)判斷光伏組件是否故障，解決了相關(guān)技術(shù)中無法判斷光伏組件是否故障的問題，進(jìn)而達(dá)到了準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)光伏組件是否故障的效果。

附圖說明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一種標(biāo)準(zhǔn)光伏組件的示意圖；

圖2是光伏電池片的IV特性曲線的示意圖；

圖3是根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的光伏組件故障監(jiān)測(cè)裝置的示意圖；

圖4是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的在不同光照度下的光伏電池片的IV特性曲線的示意圖；

圖5是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的光伏組件中一組電池片被二極管短路的IV曲線示意圖；

圖6是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的光伏組件中一片電池片發(fā)生短路的IV曲線示意圖；

圖7是根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的光伏組件故障監(jiān)測(cè)裝置的示意圖；

圖8是根據(jù)本實(shí)用新型第四實(shí)施例的光伏組件故障監(jiān)測(cè)裝置的示意框圖；

圖9是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的模擬電壓信號(hào)分檔的示意圖。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型。

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請(qǐng)方案，下面將結(jié)合本申請(qǐng)實(shí)施例中的附圖，對(duì)本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請(qǐng)一部分的實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本申請(qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。

需要說明的是，本申請(qǐng)的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對(duì)象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可以互換，以便這里描述的本申請(qǐng)的實(shí)施例。此外，術(shù)語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含。

本實(shí)用新型的實(shí)施例提供了一種光伏組件故障監(jiān)測(cè)裝置。

圖3是根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的光伏組件故障監(jiān)測(cè)裝置的示意圖。如圖3所示，該裝置包括電壓傳感器10和處理器20。

電壓傳感器10與光伏組件相連接，可以監(jiān)測(cè)光伏組件的端電壓并根據(jù)端電壓生成模擬電壓信號(hào)；處理器20與電壓傳感器10相連接，可以根據(jù)模擬電壓信號(hào)判斷光伏組件是否故障。

正常的光伏電池在低光照條件下短路電流大幅降低，但開路電壓減小幅度不大，整個(gè)IV曲線被“壓扁”，如圖4所示，I為電流，U為電壓，圖中的光照度是指光照強(qiáng)度，單位1000W/m2。因此在無故障狀態(tài)下，光伏組件的工作電壓，或逆變器不啟動(dòng)時(shí)的開路電壓變化幅度不大。因此，端電壓如果降低了一定的幅度，則可以判斷出光伏組件故障。

光伏組件中通常在若干個(gè)電池片中并聯(lián)一個(gè)二極管，如果一塊電池片故障，這幾個(gè)電池片會(huì)被全部短路。當(dāng)某個(gè)組件出現(xiàn)電池片損壞(短路)或發(fā)生永久遮擋故障時(shí)，如圖5所示，串聯(lián)干路的電流極有可能大于其短路電流IS，Us為斷路電壓，導(dǎo)致電池片成為負(fù)載，從而引發(fā)旁路保護(hù)二極管的導(dǎo)通，該組電池被短路，輸出電壓驟降到0左右，總輸出電壓降至U1。當(dāng)一個(gè)組件有至少一組電池片被二極管旁路時(shí)，其輸出電壓將大大低于其它組件。當(dāng)組件出現(xiàn)某個(gè)電池片內(nèi)部局部短路故障時(shí)，如圖6所示，IS為短路電流，Us為斷路電壓，由于該電池片的并聯(lián)電阻降低，導(dǎo)致組件填充因子降低，從而在相同的干路電流情況下，其輸出電壓也將大大低于其它正常組件，總輸出電壓降至U2。

因此，如果光伏組件中的電池片發(fā)生故障，則光伏組件的端電壓會(huì)降低，可以根據(jù)模擬電壓信號(hào)判斷出光伏組件是否發(fā)生故障。

該裝置還可以包括數(shù)據(jù)傳輸模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊與電壓傳感器和處理器相連接，用于將模擬電壓信號(hào)傳輸至處理器。

電壓傳感器可以包括：降壓器，與光伏組件相連接，用于對(duì)端電壓進(jìn)行降壓，得到第一電壓；分檔電路，與降壓器和處理器相連接，用于根據(jù)第一電壓的電壓值所處的電壓值范圍確定第一電壓的檔位，其中，處理器用于根據(jù)檔位判斷光伏組件是否故障。

分檔電路可以包括：多個(gè)檔位回路，其中，每個(gè)檔位回路均與降壓器和處理器相連接，每個(gè)檔位回路用于在第一電壓的電壓值在自身對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)電壓值范圍時(shí)導(dǎo)通，并在第一電壓的電壓值不在自身對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)電壓值范圍時(shí)截止，各個(gè)檔位回路對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)電壓值范圍互相不重疊。

設(shè)多個(gè)檔位回路包括目標(biāo)檔位回路，目標(biāo)檔位回路中串聯(lián)有發(fā)光二極管或發(fā)光三極管，用于在第一電壓的電壓值在目標(biāo)檔位回路對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)電壓值范圍時(shí)導(dǎo)通并發(fā)光。

優(yōu)選地，當(dāng)檔位為三檔時(shí)，分檔電路的具體電路連接方式可以是：第一電阻，第一端與降壓器的正輸出端相連接；第一二極管，負(fù)極與第一電阻的第二端相連接，正極與降壓器的負(fù)輸出端相連接；第二二極管，正極與第一電阻的第一端相連接；第二電阻，第一端與第二二極管的負(fù)極相連接；第三電阻，第一端與第二二極管的負(fù)極相連接；第四電阻，第一端與第二電阻的第二端相連接；第一三極管，基極與第二電阻的第二端相連接，集電極與第三電阻的第二端相連接；第五電阻，第一端與第一三極管的發(fā)射極相連接，第二端與第四電阻的第二端相連接。

優(yōu)選地，分檔電路的檔位為三檔時(shí)，分檔電路的具體電路連接還可以包括：第三二極管，正極與第一三極管的集電極相連接；第六電阻，第一端與第二二極管的負(fù)極相連接；第二三極管，基極與第三二極管的負(fù)極相連接，集電極與第六電阻的第二端相連接；第七電阻，第一端與第二三極管的發(fā)射極相連接，第二端與第四電阻的第二端相連接。

分檔電路的檔位為三檔時(shí)，分檔電路的具體電路連接還可以包括：第一發(fā)光管，負(fù)極與第一電阻的第二端相連接，正極與第一二極管的負(fù)極相連接；第二發(fā)光管，正極與第二三極管的發(fā)射極相連接，負(fù)極與第七電阻的第一端相連接。

在電壓傳感器中，還可以包括濾波電路，濾波電路連接在降壓器與分檔電路之間，可以用于對(duì)第一電壓進(jìn)行濾波。濾波電路可以采用通用的電阻-電容濾波電路，具體地，濾波電路可以包括：第八電阻，串聯(lián)在降壓器的正輸出端與分檔電路之間；電容，與分檔電路并聯(lián)。

圖7是根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的光伏組件故障監(jiān)測(cè)裝置的示意圖。如圖7所示，該實(shí)施例提供的光伏組件故障監(jiān)測(cè)裝置可以將模擬電壓信號(hào)分為三個(gè)檔位。

電阻R1的第一端與降壓器的正輸出端V+相連接，第二端與電容C1的第一端連接；電容C1的第二端與降壓器的負(fù)輸出端V-相連接；電阻R2的第一端與電阻R1的第二端相連接，第二端與二極管D8的負(fù)極相連接；二極管D8的正極與二極管D4的負(fù)極相連接，二極管D4的正極與降壓器的負(fù)輸出端相連接；二極管D1的正極與第一電阻的第二端相連接，負(fù)極與電阻R3的第一端相連接；電阻R3的第二端與電阻R6的第一端相連接；電阻R6的第二端與降壓器的負(fù)輸出端相連接；電阻R4的第一端與電阻R3的第一端相連接；三極管Q2的基極與電阻R3的第二端相連接，集電極與電阻R4第二端相連，發(fā)射極與電阻R7第一端相連；電阻R7第二端與電阻R8第一端相連；電阻R8第二端與電阻R6第二端相連接；二極管D5正極連至R8第一端；二極管D6正極連接二極管D5負(fù)極，負(fù)極連接電阻R8第二端；電阻R5第一端連接電阻R4第一端；二極管D2正極連接電阻R4第二端；二極管D3正極連接二極管D2負(fù)極；三極管Q1基極連接二極管D3負(fù)極，集電極連接電阻R5第二端，發(fā)射極連接二極管D7正極；二極管D7負(fù)極連接電阻R9第一端，第二端連接電阻R6第二端。

二極管D7和二極管D8可以是發(fā)光二極管。R1和C1組成低通濾波電路，時(shí)間常數(shù)為ms級(jí)，可以濾掉光伏電池片瞬時(shí)短路形成的反向電壓的時(shí)間常數(shù)。以監(jiān)測(cè)輸出電壓為30V的光伏電池組件為例，光伏電池組中的電池片分為三組，每組并聯(lián)一個(gè)二極管，當(dāng)光電池組件工作正常時(shí)，輸出電壓為30V，三極管Q2導(dǎo)通，Q1截止，發(fā)光二極管D7和D8均不工作；當(dāng)出現(xiàn)一組電池片故障導(dǎo)致一個(gè)二極管反向?qū)ɑ騼山M電池片故障導(dǎo)致兩個(gè)二極管反向?qū)〞r(shí)，光伏電池組件輸出電壓降為20V或者10V，此時(shí)設(shè)計(jì)Q2截止，Q1導(dǎo)通，發(fā)光二極管D7工作，指示電路故障，當(dāng)三組電池片均發(fā)生故障導(dǎo)致二極管均反向?qū)〞r(shí)，三極管Q1，Q2均截止，發(fā)光二極管D8工作，指示電路故障。也即，可以利用發(fā)光二極管D7、D8的狀態(tài)判斷光伏電池組的工作狀態(tài)。

圖8是根據(jù)本實(shí)用新型第四實(shí)施例的光伏組件故障監(jiān)測(cè)裝置的示意框圖。如圖8所示，光伏電池組輸出的電壓經(jīng)濾波電路濾波，產(chǎn)生DC-DC模塊的輸入電壓，同時(shí)產(chǎn)生參考電壓Vref。DC-DC模塊對(duì)輸入的電壓執(zhí)行降壓轉(zhuǎn)換，可在較大的輸入電壓范圍，例如，6V～40V的條件下，輸出穩(wěn)定的4V電壓Vw。Vw通過電阻分壓等分或不等分為若干檔，圖8中所示為八檔分壓，然后與Vref一起輸入八路比較模塊，也即八路電壓比較器，進(jìn)行比較，獲得八路高低電平，通過8-3編碼器進(jìn)行編碼后送給指示電路，指示電路對(duì)電壓狀態(tài)和故障進(jìn)行指示。

圖9是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的模擬電壓信號(hào)分檔的示意圖。如圖9所示，該實(shí)施例中將模擬電壓信號(hào)分為8檔。第1和2檔分別在0～1/3Um和1/3Um～2/3Um處，其中，Um為光伏組件在額定功率工作時(shí)候的輸出電壓，剩余的6檔在2/3Um～Um的范圍內(nèi)進(jìn)行等分。1和2檔分別代表組件中有3路或2路的旁路二極管已發(fā)生短路保護(hù)，剩余的6個(gè)細(xì)分檔用來判斷是發(fā)生1路旁路二極管短路，還是由于光伏電池片老化等原因發(fā)生的功率衰退，且可以判斷出衰退的程度。

以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。