用于太陽能電池iv曲線的自動生成和分析的感測裝置和光伏電池板串監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了用于太陽能電池IV曲線的自動生成和分析的感測裝置和光伏電池板串監(jiān)測系統(tǒng)，一種光伏系統(tǒng)包括多個太陽能電池板串以及將DC負(fù)載提供至所述太陽能電池板串的裝置。所述太陽能電池板串的輸出電流可被感測(502)并且可提供至計算機(jī)，所述計算機(jī)生成所述太陽能電池板串的電流-電壓(IV)曲線(503)?？稍谒龃幓蛘咛峁┧鯠C負(fù)載的所述裝置處感測所述太陽能電池板串的輸出電壓(501)。可改變所述DC負(fù)載。感測響應(yīng)所述DC負(fù)載的變化的所述太陽能電池板串的輸出電流，以生成所述太陽能電池板串的IV曲線(503)。可比較和分析IV曲線，以評價太陽能電池板串的性能(504)和檢測太陽能電池板串的問題(505)。
【專利說明】用于太陽能電池IV曲線的自動生成和分析的感測裝置和光伏電池板串監(jiān)測系統(tǒng)
[0001]與聯(lián)邦政府資助的研究或開發(fā)有關(guān)的聲明
[0002]根據(jù)美國能源部授予的編號為DE-FC36-07G017043的合同，在美國政府的支持下完成本文所述的發(fā)明。美國政府可擁有本發(fā)明的某些權(quán)利。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本文所述主題的實施例整體涉及太陽能電池。更具體地講，所述主題的實施例涉及太陽能電池電流-電壓(IV)曲線的生成和分析。
【背景技術(shù)】
[0004]太陽能電池(也稱為“光伏電池”)是眾所周知的將太陽輻射轉(zhuǎn)換為電能的器件。它們可以在半導(dǎo)體晶片上利用半導(dǎo)體加工技術(shù)制成。太陽能電池包括P型和N型擴(kuò)散區(qū)。沖擊在太陽能電池上的太陽輻射產(chǎn)生遷移至擴(kuò)散區(qū)的電子和空穴，從而在擴(kuò)散區(qū)之間形成電壓差。在背面接觸式太陽能電池中，擴(kuò)散區(qū)和與它們相連的金屬觸片均位于太陽能電池的背面上。觸片允許將外部電路連接到太陽能電池上并由太陽能電池供電。
[0005]太陽能電池可通過其IV曲線來表征，所述IV曲線為太陽能電池的輸出電流相對于給定輸出電壓的圖線。IV曲線表征太陽能電池的性能。圖1示出了太陽能電池板的實例IV曲線，所述太陽能電池板包括安裝在同一框架上的多個互連的太陽能電池。圖1的IV曲線示出了取決于太陽能電池板的太陽輻射和溫度的電流-電壓特性。
[0006]技術(shù)人員可利用適當(dāng)?shù)臏y試設(shè)備來手動地生成太陽能電池板的太陽能電池IV曲線。通常，技術(shù)人員可測量太陽能電池板的輸出電流和電壓，以獲得當(dāng)天特定時間的太陽能電池板的IV曲線。為了生成可包括數(shù)百個太陽能電池板的新的太陽能裝置的IV曲線，需要若干技術(shù)人員工作若干天。在安裝之后，可能需要周期性地生成用于太陽能裝置的新的IV曲線，以根據(jù)合同義務(wù)來驗證太陽能電池板的性能。新的IV曲線同樣由技術(shù)人員手動生成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明公開了自動地生成和分析太陽能電池電流-電壓(IV)曲線的方法。所述方法包括:感測由多個太陽能電池板串中的第一太陽能電池板串產(chǎn)生的電流，所述多個太陽能電池板串中的每一個太陽能電池板串包括多塊串聯(lián)的太陽能電池板，所述多塊串聯(lián)的太陽能電池板中的每一塊太陽能電池板包括安裝在同一框架上的多個串聯(lián)的太陽能電池；以及感測由多個太陽能電池串中的第二太陽能電池板串產(chǎn)生的電流，其中感測第一和第二太陽能電池板串中的電流的步驟包括利用感測裝置來感測電流，所述感測裝置包括第一場傳感器和第二場傳感器，所述第一場傳感器適于感測第一太陽能電池板串中的電流，所述第二場傳感器適于感測第二太陽能電池板串中的電流。
[0008]還公開了感測裝置。感測裝置包括:第一電流傳感器，所述第一電流傳感器適于非侵入性地檢測導(dǎo)線電流；第二電流傳感器，所述第二電流傳感器適于非侵入性地檢測導(dǎo)線電流；控制裝置，所述控制裝置適于控制第一和第二電流傳感器；和通信端口，所述通信端口通過控制裝置控制并且適于接收和發(fā)送信號以及接收能量，其中第一和第二電流傳感器由來自通信端口的電力來供電。
[0009]其中，所述第一電流傳感器包括霍爾效應(yīng)場傳感器。
[0010]其中，所述感測裝置包括十二個霍爾效應(yīng)場傳感器。
[0011]還公開了光伏電池板串監(jiān)測系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括:第一太陽能電池板串，所述第一太陽能電池板串包括多塊串聯(lián)連接的太陽能電池板；第二太陽能電池板串，所述第二太陽能電池板串包括多塊串聯(lián)連接的第二太陽能電池板；匯流箱，所述匯流箱連接第一和第二太陽能電池板串；和感測裝置，所述感測裝置包括第一電流傳感器和第二電流傳感器，所述第一電流傳感器適于測定第一太陽能電池板串中的第一電流并且所述第二電流傳感器適于測定第二太陽能電池板串中的第二電流。
[0012]其中，所述感測裝置設(shè)置在所述匯流箱內(nèi)。
[0013]其中，所述第一太陽能電池板串包括第一導(dǎo)線，所述第一導(dǎo)線延伸穿過所述第一電流傳感器，并且所述第二太陽能電池板串包括第二導(dǎo)線，所述第二導(dǎo)線延伸穿過所述第二電流傳感器。
[0014]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀包括附圖和權(quán)利要求書的本公開全文之后，本發(fā)明的這些和其他特征對于他們而言將是顯而易見的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]當(dāng)結(jié)合以下附圖考慮時，通過參見【具體實施方式】和權(quán)利要求書可以更完全地理解所述主題，其中在所有附圖中，類似的附圖標(biāo)記是指類似的元件。
[0016]圖1示意性地示出了太陽能電池板的實例IV曲線。
[0017]圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的光伏(PV)系統(tǒng)。
[0018]圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖2的PV系統(tǒng)中的PV串。
[0019]圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖2的PV系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集和控制計算機(jī)。
[0020]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于自動生成和分析太陽能電池IV曲線的方法的流程圖。
[0021]圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的串電流監(jiān)測器塊。
[0022]圖7示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的串電流監(jiān)測器塊的示意圖。
[0023]圖8示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的電流場傳感器。
[0024]圖9示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的多個太陽能電池板串和串電流監(jiān)測器塊。
[0025]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于自動生成太陽能電池IV曲線的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0026]在本發(fā)明中，提供了許多具體的細(xì)節(jié)，例如設(shè)備、組件和方法的例子，從而獲得對本發(fā)明實施例的全面理解。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會認(rèn)識到，本發(fā)明可以在沒有所述具體細(xì)節(jié)中的一者或多者的情況下實施。在其他情況下，未示出或描述熟知的細(xì)節(jié)，以避免混淆本發(fā)明的方面。
[0027]本申請可能在功能和/或邏輯塊組件方面對技術(shù)和工藝進(jìn)行描述，并參照可以由多個計算組件或設(shè)備進(jìn)行的操作、處理任務(wù)和功能的符號化表達(dá)。這些操作、任務(wù)、和功能有時稱為計算機(jī)執(zhí)行的、計算機(jī)化的、軟件實施的、或計算機(jī)實施的。在實施過程中，一個或多個處理器設(shè)備可以通過操縱電信號以及信號的其他處理來執(zhí)行所述操作、任務(wù)和功能，所述電信號表示在系統(tǒng)存儲器中的存儲位置處的數(shù)據(jù)位。其中保持?jǐn)?shù)據(jù)位的存儲位置為物理位置，所述物理位置具有對應(yīng)于所述數(shù)據(jù)位的特定電特性、磁特性、光特性、或有機(jī)特性。應(yīng)當(dāng)理解，示于附圖中的各個塊組件可通過被構(gòu)造用于執(zhí)行指定功能的任意數(shù)量的硬件、軟件、和/或固件來實現(xiàn)。例如，系統(tǒng)或組件的實施例可采用多種集成電路組件，如存儲元件、數(shù)字信號處理元件、邏輯元件、查找表等，它們可在一個或多個微處理器或其他控制裝置的控制下來執(zhí)行多種功能。
[0028]“聯(lián)接”-在以下描述中是指“聯(lián)接”在一起的元件或節(jié)點或部件。如本文所用，除非另外明確指明，否則“聯(lián)接”是指一個元件/節(jié)點/結(jié)構(gòu)直接或間接連接至另一個元件/節(jié)點/結(jié)構(gòu)(或直接或間接與其連通)，并且不一定是機(jī)械連接。因此，盡管圖7所示的示意圖示出了元件的一個示例性布置方式，但所述主題的實施例中可存在另外的居間元件、裝置、特征、或組件。
[0029]圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的光伏(PV)系統(tǒng)200。在圖2的實例中，PV系統(tǒng)200包括多個PV串210、PV逆變器220、以及數(shù)據(jù)采集和控制計算機(jī)201。
[0030]PV串210可包括多塊串聯(lián)電連接的太陽能電池板。PV串210的直流(DC)輸出電聯(lián)接至如下裝置，所述裝置為PV串210提供DC負(fù)載。在圖2的實例中，所述裝置為PV逆變器220，其將PV串210的DC輸出轉(zhuǎn)換成正弦交流電(AC)?？蓪V逆變器220的AC輸出應(yīng)用至(例如)客戶結(jié)構(gòu)(如，住宅、商業(yè)、工業(yè))的電網(wǎng)或配電站。PV串210可包括控制器211，所述控制器211被構(gòu)造用于監(jiān)測和控制該串中的太陽能電池板并且與PV系統(tǒng)200的其他組件通信。在一個實施例中，PV串210通過無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)與PV逆變器220無線地通信。PV串210也可在不削弱本發(fā)明的優(yōu)點的情況下通過其他類型的通信網(wǎng)絡(luò)來與PV逆變器220通信。
[0031]計算機(jī)201可包括如下計算機(jī)，所述計算機(jī)被構(gòu)造用于從PV系統(tǒng)200采集可操作數(shù)據(jù)，所述可操作數(shù)據(jù)包括電流、電壓、溫度、太陽輻射、以及表征PV系統(tǒng)200的性能和可操作狀態(tài)的其他信息。PV逆變器220可包括通信模塊221，所述通信模塊221用于與PV系統(tǒng)200的組件進(jìn)行通信，所述組件包括匯流箱212 (參見圖3)、控制器211、和計算機(jī)201。PV逆變器220可通過有線或無線計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(包括因特網(wǎng))來與計算機(jī)201、匯流箱212、控制器211、和PV系統(tǒng)200的其他組件通信。
[0032]圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的PV串210。在圖3的實例中，PV串210包括匯流箱212和多塊太陽能電池板214?？刂破?11和環(huán)境傳感器216允許PV串210的監(jiān)測和控制。
[0033]太陽能電池板214包括安裝在同一框架上的電連接的太陽能電池。在一個實施例中，每一塊太陽能電池板214包括多個串聯(lián)的背面接觸式太陽能電池215。為了清楚地舉例說明，僅在圖3中標(biāo)記了背面接觸式太陽能電池215中的一些。也可采用其他類型的太陽能電池，例如前面接觸式太陽能電池。
[0034]每個PV串210包括耦接到匯流箱212的多塊串聯(lián)的太陽能電池板214。PV串210的輸出通過匯流箱212電連接到PV逆變器220。PV串210的輸出電壓因而可通過在PV逆變器220處的電壓感測電路來進(jìn)行感測。
[0035]在圖3的實例中，匯流箱212包括傳感器電路213。傳感器電路213可包括如下電路，所述電路用于感測流過PV串210的太陽能電池板214的電流的量(并因此感測PV串210的輸出電流)以及用于感測PV串210的輸出電壓?？衫贸Ｒ?guī)的電流和電壓感測電路來實現(xiàn)傳感器電路213。傳感器電路213可位于匯流箱212中或者可與太陽能電池板214集成在一起。傳感器電路213可通過有線或無線連接來將電流和電壓讀數(shù)傳輸?shù)絇V串210的控制器211。在另一個實施例中，直接在PV逆變器220處感測PV串210的輸出電壓。
[0036]環(huán)境傳感器216可包括太陽輻射傳感器和/或溫度傳感器。環(huán)境傳感器216總體示為位于太陽能電池板214的外部。在實施過程中，環(huán)境傳感器216可位于各個太陽能電池板214或代表PV串210的位置中。
[0037]太陽輻射傳感器感測照射到一塊或多塊太陽能電池板214上的日射太陽輻射的量。太陽輻射傳感器可包括多個太陽能電池，這些太陽能電池獨立于太陽能電池板214中的太陽能電池。太陽輻射傳感器太陽能電池的輸出電流表征照射到電池板上的日射的量，并且通過相關(guān)電路進(jìn)行感測并提供至控制器211?？蓪⑻栞椛鋫鞲衅靼惭b在各個太陽能電池板214上或者代表PV串210位置的位置上。
[0038]環(huán)境傳感器216還可包括溫度傳感器。溫度傳感器的輸出表征太陽能電池板214或者其中設(shè)置溫度傳感器的PV串210位置的溫度?？蓪囟葌鞲衅鞯妮敵鎏峁┲量刂破?11。
[0039]控制器211可包括控制電路(例如，最大功率點優(yōu)化器)和通信電路，所述通信電路通常用于在PV串210的組件和PV系統(tǒng)200之間發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。控制器211可通過有線或無線連接接收來自傳感器電路213和環(huán)境傳感器216的傳感器輸出?？刂破?11被構(gòu)造用于將傳感器輸出傳送至PV逆變器220的通信模塊221，所述通信模塊221將傳感器輸出提供至計算機(jī)201。
[0040]圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的數(shù)據(jù)采集和控制計算機(jī)201。計算機(jī)201可具有較少或較多的組件以滿足特定應(yīng)用的需求。計算機(jī)201可包括處理器401，例如得自英特爾公司(Intel Corporation)或超威半導(dǎo)體公司(Advanced Micro Devices)的那些。計算機(jī)201可具有聯(lián)接其各個組件的一條或多條總線403。計算機(jī)201可包括一個或多個用戶輸入裝置402 (如，鍵盤、鼠標(biāo))、一個或多個數(shù)據(jù)存儲裝置406 (如，硬驅(qū)、光盤、USB存儲器)、顯示監(jiān)視器404 (如，IXD、平板監(jiān)視器、CRT)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口 405 (如，網(wǎng)絡(luò)適配器、調(diào)制解調(diào)器)、和主存儲器408 (如，RAM)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口 405可耦接到計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，所述計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在此實例中包括因特網(wǎng)。
[0041]計算機(jī)201為利用軟件構(gòu)件410編程以執(zhí)行其功能的機(jī)器。軟件構(gòu)件410包括非瞬時性地儲存在主存儲器408中供處理器401執(zhí)行的計算機(jī)可讀程序代碼。軟件構(gòu)件410可從數(shù)據(jù)存儲裝置406加載到主存儲器408。軟件構(gòu)件410也可在包括光盤、閃盤驅(qū)動器、和其他存儲裝置的其他計算機(jī)可讀介質(zhì)中獲得。軟件構(gòu)件410可包括數(shù)據(jù)采集和控制、記錄、統(tǒng)計、繪圖、和報告軟件。
[0042]在一個實施例中，計算機(jī)201被構(gòu)造用于從通信模塊221、控制器211、和/或PV系統(tǒng)200的其他組件來接收數(shù)據(jù)。計算機(jī)201可直接地或者通過逆變器220來從PV串210接收傳感器數(shù)據(jù)。傳感器數(shù)據(jù)可包括PV串210的輸出電流、PV串210的輸出電壓、和PV串210的環(huán)境條件(如，溫度、太陽輻射)。
[0043]計算機(jī)201可被構(gòu)造用于控制提供至PV串210的DC負(fù)載。例如，計算機(jī)201可被構(gòu)造用于將控制信號發(fā)送至逆變器220，使得逆變器220將特定的DC負(fù)載提供至PV串210。PV串210基于向其提供的DC負(fù)載來改變其輸出電流。通過改變由逆變器220提供的DC負(fù)載并且接收指示由PV串210針對特定DC負(fù)載產(chǎn)生的相應(yīng)輸出電流和電壓的數(shù)據(jù)，計算機(jī)201能夠繪制出PV串210在各種條件下以及針對不同輸出電流和電壓電平的IV曲線。
[0044]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于自動生成和分析太陽能電池IV曲線的方法500的流程圖。利用(例如)PV系統(tǒng)200來解釋方法500。應(yīng)當(dāng)理解，方法500也可用于具有相對較多數(shù)量的太陽能電池板的其他太陽能電池裝置?？芍貜?fù)執(zhí)行方法500的步驟以允許PV系統(tǒng)200的實時監(jiān)測。
[0045]方法500包括感測PV系統(tǒng)200中的PV串210的輸出電壓(步驟501)和相應(yīng)的輸出電流(步驟502)以及太陽輻射(步驟506)?？赏ㄟ^安裝在匯流箱212中的或者集成在太陽能電池板214中的電流感測電路來感測PV串210的輸出電流。相似地，可通過安裝在匯流箱212中的或者集成在太陽能電池板214中的電壓感測電路來感測PV串210的輸出電壓。也可在PV逆變器220處感測PV串210的輸出電壓?？山?jīng)由相對較長的時間段或者可通過改變提供至PV串210的DC負(fù)載來感測各個輸出電壓-電流對。每次電流和電壓測量可包括針對此測量的太陽輻射。
[0046]指示PV串210的所感測的輸出電壓、電流、和太陽輻射的傳感器數(shù)據(jù)可由PV串210中的控制器211接收，并且隨后被直接地或者通過PV逆變器220傳送至計算機(jī)201?？梢詫崟r方式來周期性地(例如，每隔幾分鐘)采集特定PV串210的傳感器數(shù)據(jù)。傳感器數(shù)據(jù)可包括附加信息，例如，指示感測輸出電壓和電流時的時間和日期戳記以及感測輸出電壓和電流時的環(huán)境條件(如，太陽輻射和溫度)。
[0047]計算機(jī)201可周期性地接收多個PV串210中的每一個的傳感器數(shù)據(jù)。計算機(jī)201可利用傳感器數(shù)據(jù)來生成每個PV串210的IV曲線(步驟503)。IV曲線可指示特定PV串210的輸出電壓、相應(yīng)電流、和依賴因素(例如，PV串210的相應(yīng)太陽輻射和/或溫度)。作為特定實例，特定PV串210的每個IV曲線可指示針對太陽輻射的電流和電壓。可針對經(jīng)由特定時間段(例如，一周、一個月、或一年)獲取的傳感器數(shù)據(jù)來生成IV曲線。可基于所采集的太陽輻射和/或溫度數(shù)據(jù)來對用于生成IV曲線的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。例如，傳感器數(shù)據(jù)可進(jìn)行濾波，以使得僅在特定太陽輻射和/或溫度下獲取的傳感器數(shù)據(jù)用于生成IV曲線。
[0048]在一個實施例中，使用由傳感器數(shù)據(jù)生成的IV曲線來實時地評價PV串210的性能(步驟504)。例如，計算機(jī)201可將具有最近電流-電壓數(shù)據(jù)的IV曲線與基線IV曲線或基準(zhǔn)IV曲線進(jìn)行比較，以確定PV串210是否滿足性能標(biāo)準(zhǔn)?；€IV曲線可為最初安裝的PV串210的IV曲線，并且基準(zhǔn)IV曲線可由合同要求來指定。IV曲線比較可指示出PV串210是否正劣化(如，特定輸出電壓下的較低輸出電流)或者是否仍滿足預(yù)期的性能標(biāo)準(zhǔn)。有利的是，自動地感測輸出電壓、輸出電流、和相應(yīng)的環(huán)境條件并且隨后自動地生成相應(yīng)的IV曲線的步驟允許實時地評價PV串210的性能。通過比較PV串210的最近和先前IV曲線，可在劣化變?yōu)橥耆е皺z測到性能劣化趨勢。
[0049]在一個實施例中，使用由傳感器數(shù)據(jù)生成的IV曲線來檢測和跟蹤PV串失效(步驟505)。例如，計算機(jī)201可分析最近的IV曲線以檢測存在的或即將發(fā)生的開路或短路狀態(tài)。短路狀態(tài)通過IV曲線來表征，其中對于相應(yīng)高輸出電流而言，輸出電壓低。短路狀態(tài)指示在PV串210中存在短路(如，太陽能電池板214被短路或正形成短路)。開路狀態(tài)通過IV曲線來表征，其中對于相應(yīng)低輸出電流而言，輸出電壓高。開路狀態(tài)指示串中的太陽能電池板214的串聯(lián)連接為開路?？舍槍μ囟ㄑb置來設(shè)定低或高電流或者低或高電壓的閾值。計算機(jī)201可將IV曲線的電流-電壓對與閾值進(jìn)行比較，以確定PV串210是否目前具有或者不久將具有短路狀態(tài)或開路狀態(tài)。
[0050]圖6示出了與上述PV系統(tǒng)200 —起使用的串電流監(jiān)測器塊的實施例。除非下文另外描述，否則數(shù)字標(biāo)記是指上述類似組件和元件。傳感器或傳感器電路213可包括串電流監(jiān)測器塊的實施例(例如此處所示)。另外參見圖7，傳感器213可包括支承多個電流傳感器255的印刷電路板(PCB) 250。電流傳感器255可連接到或耦接到微控制器260。微控制器260也可與下述組件互操作并且傳感器213也可包括這些組件，所述組件為通信端口 270、電源275、傳感器電源開關(guān)280、以及其他模塊或處理器裝置(例如，溫度傳感器299或者未示出的其他裝置(例如，存儲裝置、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器、翻譯器、A/D轉(zhuǎn)換器參考板等等))。在某些實施例中，例如圖7的圖示實施例，可集成此類裝置中的一者或多者，例如包括A/D轉(zhuǎn)換器和適于利用通信端口 270來接收和提供信號的通信模塊的微控制器260。
[0051]電流傳感器255可包括霍爾效應(yīng)場傳感器，所述霍爾效應(yīng)場傳感器被調(diào)整為具有足夠的靈敏度，以測定來自太陽能電池板串210的導(dǎo)線中的電流。每個傳感器213上可存在不止一個電流傳感器255 (例如，示于圖6中的十二個電流傳感器255)，并且每個電流傳感器255可耦接到微控制器260。在一個實施例中，對于連接在匯流箱212中的每一個太陽能電池板串210而言，存在電流傳感器255，傳感器213另外設(shè)置在匯流箱212內(nèi)。因此，在傳感器213上可存在(但不限于)少至兩個電流傳感器或者與太陽能電池板串同樣多的傳感器。電流傳感器255可以非侵入的方式(例如，通過并未穿透導(dǎo)線)來測量與電流傳感器255相關(guān)的導(dǎo)線中的電流。霍爾效應(yīng)場傳感器可實現(xiàn)此類測量。
[0052]電流傳感器255 (類似于本文所述的傳感器或感測裝置中的任何者)可將多種信號(例如，傳送與所測量的電流有關(guān)的信息的電壓信號或者通信信號)中的任何者提供至微控制器260。因此，例如，在一個實施例中，電流傳感器255可將電壓電平提供至微控制器，所述電壓電平表征由電流傳感器255測量的電流。在此類實施例中，可通過微處理器260或者通過接收電壓電平的另一個裝置來將電壓信號轉(zhuǎn)換成電流測量值。在另一個實施例中，電流傳感器255可提供如下信號，所述信號傳送由電流傳感器255測得的電流的直接測量值。
[0053]圖8示出了穿過第一電流傳感器255和第二電流傳感器256的導(dǎo)線258的實例，其中傳感器為霍爾效應(yīng)場傳感器。通過測量圍繞導(dǎo)線258的磁場，可利用第一電流傳感器255和第二電流傳感器256中的每一者(用于單獨導(dǎo)線中的每一者)來單獨地測定流過導(dǎo)線258的電流。無需直接電連接到導(dǎo)線中的電流來測量電流。
[0054]再次參見圖6和7，微控制器260被示為與A/D轉(zhuǎn)換器集成在一起的單個裝置，但在其他實施例中可通過不同的裝置或模塊來執(zhí)行功能。微控制器260可包括處理元件、以及數(shù)字存儲裝置、通信裝置、或者執(zhí)行本文所述的功能必需的其他元件或裝置。盡管微控制器260被示為耦接到傳感器213的各個不同元件(例如通信端口 270和電流傳感器255)，但在一些實施例中，傳感器213的不同組件可以能夠?qū)嵤┍疚乃龉δ艿娜魏畏绞絹砘ミB或聯(lián)接在一起。
[0055]因此，微控制器260可通過耦接到通信端口 270來從控制器211、逆變器220、或控制傳感器213的其他裝置接收信號。微控制器260也可通過通信端口 270提供響應(yīng)信號，由此使傳感器213能夠:響應(yīng)來自遠(yuǎn)程控制裝置的命令而對電流傳感器255供電；感測穿過電流傳感器255的一條或多條導(dǎo)線的電流；以及將傳達(dá)測量值的信號發(fā)送至遠(yuǎn)程控制裝置。另外，可將通信端口 270耦接到傳感器213的電源275。可通過微控制器260來控制電源275，以利用通過通信端口 270接收的電力來操作傳感器213的各個組件。一個此類通信端口可為RS-485連接器，但可使用在通信期間接收電力的其他端口。因此，在某些實施例中，可將電源275耦接到傳感器電源開關(guān)280，以用于從通信端口 270向每個電流傳感器255提供電力。在某些實施例中，傳感器213可被布置為使得將電力(包括電功率)同時提供至每個電流傳感器255，然而在其他實施例中，可將電力選擇性地提供至單獨電流傳感器255中的每一個。
[0056]圖9示出了聯(lián)接至控制器212的傳感器213的實施例。傳感器213被定位成使得來自每一個太陽能電池板串210的導(dǎo)線295穿過電流傳感器255。如圖所示，可針對十二個太陽能電池板串210使用十二個電流傳感器255，其中每一個太陽能電池板串210在匯流箱中進(jìn)行匯流。通過從通信端口來對傳感器213供電，傳感器213可同時測定流過十二個太陽能電池板串210中的每一個的電流，由此提高自動生成IV曲線的便利性。此外，由于用于操作傳感器213的電力可來自連接至通信端口 270中的一個或多個的通信線路，所以不必要設(shè)置來自PV串或控制器212的單獨電源線。以此方式，可利用單個通信和控制裝置(例如，控制器212)來對多個傳感器供電。
[0057]圖10示出了利用傳感器(例如傳感器213)來自動生成IV曲線的方法的流程圖。結(jié)合方法600執(zhí)行的各種任務(wù)可通過軟件、硬件、固件、或它們的任何組合來執(zhí)行。為了進(jìn)行示意性的說明，方法600的以下描述可參照上文結(jié)合圖6-9提及的元件。在實施過程中，可通過所述系統(tǒng)的不同元件(如，電流傳感器255、微控制器260、或通信端口 270)來執(zhí)行方法600的部分。應(yīng)當(dāng)理解，方法260可包括任何數(shù)量的另外的或可供選擇的任務(wù)，圖10所示的任務(wù)不一定按所示順序執(zhí)行，并且方法600可結(jié)合到具有本文未詳述的額外功能的更綜合的程序或過程中。
[0058]使用傳感器(例如，本文參照圖6-9所述的傳感器213)的一種方法可適于采用傳感器213的通信端口 270來接收控制信號610。作為響應(yīng)，微控制器260或其他控制裝置可操作至少第一電流傳感器620和第二電流傳感器622來感測相應(yīng)的第一和第二太陽能電池板串或太陽能串中的電流。在某些實施例中，第一電流傳感器和第二電流傳感器255可通過從傳感器213的通信端口 270接收的電力來供電。
[0059]在一些實施例中，僅測定第一太陽能電池板串的IV曲線可為足夠的。在此類實施例中，也可測量第一太陽能電池板串的電壓630。另外可測定第一太陽能電池板串的太陽輻射?；诖诵畔?，可測定第一 IV曲線650并且可利用通信端口 270來傳送響應(yīng)信號660。在某些實施例中，不必測定IV曲線并且可將所有感測的信息(例如，得自傳感器213的電流信息)直接報告至控制器(包括控制器212)且可遠(yuǎn)程地測定IV曲線。
[0060]在某些實施例中，在執(zhí)行電流感測步驟620、622之后，可獨立于第一太陽能串來感測第二太陽能電池板串的電壓632和太陽輻射642。可利用此信息來生成獨立于第一 IV曲線的第二 IV曲線652。在此類實施例中，IV曲線可在步驟660中一起進(jìn)行報告。然而，在一些實施例中，得自步驟622、632、和/或642中的每一者或任何者的感測信息可經(jīng)由通信信號提供至控制器212。這樣，傳感器213可直接地提供IV曲線或者可提供可與其他輸入整合的信息(例如電壓和/或太陽輻射信息)，以確定IV曲線。
[0061]本發(fā)明已公開了用于自動生成和分析太陽能電池IV曲線的方法和設(shè)備。雖然前面的詳細(xì)描述已展示至少一個示例性實施例，但應(yīng)當(dāng)理解，還存在大量的變型形式。還應(yīng)當(dāng)理解，本文所述的一個或多個示例性實施例并不旨在以任何方式限制要求保護(hù)的主題的范圍、適用性或構(gòu)型。相反，上述詳細(xì)說明將為本領(lǐng)域的技術(shù)人員提供實施所述一個或多個實施例的便利的路線圖。應(yīng)當(dāng)理解，可在不脫離權(quán)利要求書所限定的范圍(其包括提交本專利申請時已知的等同物和可預(yù)知的等同物)的情況下對元件的功能和布置方式進(jìn)行多種改變。
【權(quán)利要求】
1.一種用于太陽能電池IV曲線的自動生成和分析的感測裝置，所述感測裝置包括: 第一電流傳感器，所述第一電流傳感器適于非侵入性地檢測導(dǎo)線電流； 第二電流傳感器，所述第二電流傳感器適于非侵入性地檢測導(dǎo)線電流； 控制裝置，所述控制裝置適于控制所述第一電流傳感器和所述第二電流傳感器；和通信端口，所述通信端口由所述控制裝置控制并且適于接收和發(fā)送信號并且適于接收電力，其中所述第一電流傳感器和所述第二電流傳感器由得自所述通信端口的電力供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池IV曲線的自動生成和分析的感測裝置，其中所述第一電流傳感器包括霍爾效應(yīng)場傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池IV曲線的自動生成和分析的感測裝置，其中所述控制裝置適于將電力選擇性地提供至所述第一電流傳感器，此操作獨立于將電力選擇性地提供至所述第二電流傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池IV曲線的自動生成和分析的感測裝置，其中所述感測裝置包括十二個霍爾效應(yīng)場傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池IV曲線的自動生成和分析的感測裝置，還包括耦接到所述第一電流傳感器和所述第二電流傳感器的A-D轉(zhuǎn)換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能電池IV曲線的自動生成和分析的感測裝置，其中所述通信端口包括RS -485兼容端口。
7.一種用于太陽能電池IV曲線的自動生成和分析的光伏電池板串監(jiān)測系統(tǒng)，所述光伏電池板串監(jiān)測系統(tǒng)包括: 第一太陽能電池板串，所述第一太陽能電池板串包括多塊串聯(lián)連接的太陽能電池板； 第二太陽能電池板串，所述第二太陽能電池板串包括多塊串聯(lián)連接的第二太陽能電池板； 匯流箱，所述匯流箱連接所述第一太陽能電池板串和所述第二太陽能電池板串；和 感測裝置，所述感測裝置包括第一電流傳感器和第二電流傳感器，所述第一電流傳感器適于測定所述第一太陽能電池板串中的第一電流，所述第二電流傳感器適于測定所述第二太陽能電池板串中的第二電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于太陽能電池IV曲線的自動生成和分析的光伏電池板串監(jiān)測系統(tǒng)，其中所述感測裝置設(shè)置在所述匯流箱內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于太陽能電池IV曲線的自動生成和分析的光伏電池板串監(jiān)測系統(tǒng)，其中所述第一太陽能電池板串包括第一導(dǎo)線，所述第一導(dǎo)線延伸穿過所述第一電流傳感器，并且所述第二太陽能電池板串包括第二導(dǎo)線，所述第二導(dǎo)線延伸穿過所述第二電流傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于太陽能電池IV曲線的自動生成和分析的光伏電池板串監(jiān)測系統(tǒng)，其中所述感測裝置包括通信端口，所述感測裝置適于從所述通信端口抽取電力，以操作所述第一電流傳感器和所述第二電流傳感器。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于太陽能電池IV曲線的自動生成和分析的光伏電池板串監(jiān)測系統(tǒng)，還包括逆變器，所述逆變器適于通過所述匯流箱來接收得自多塊所述第一太陽能電池板和所述第二太陽能電池板的電力。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于太陽能電池IV曲線的自動生成和分析的光伏電池板串監(jiān)測系統(tǒng)，其中所述第一電流傳感器和所述第二電流傳感器適于以非侵入性的方式來檢測所述第一太陽能電池串 和所述第二太陽能電池串中的電流。
【文檔編號】G05D1/00GK203786557SQ201190001051
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月22日
【發(fā)明者】凱文·C·菲舍爾, 史蒂文·M·克拉夫特, 杰森·C·瓊斯 申請人:太陽能公司