阅读说明：本技术 一种评估不同条件下光伏发电设备性能的系统及方法 (system and method for evaluating performance of photovoltaic power generation equipment under different conditions ) 是由 肖夏 刘冠聪 戚海洋 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种评估不同条件下光伏发电设备性能的系统,并给出评估方法。系统包括太阳能电池板、含刻度板金属支架、风光互补控制器、蓄电池和功率计,其中,含刻度金属板支架是根据测试需求设计的。此金属架能够使得太阳能电池板与竖直面的角度从15°到75°变化。预先在支架上对分别对应不同角度的位置挖出可以插入刻度板且底部有挡板的刻度槽,将刻度板插入刻度槽后进行固定,每个刻度槽旁有刻度线进行指示。在进行测量时将太阳能电池板与刻度线对应或放在与刻度板接触良好后即获得与竖直面的准确相应夹角θ。(The invention relates to a system for evaluating the performance of photovoltaic power generation equipment under different conditions, and provides an evaluation method. The system comprises a solar cell panel, a metal bracket with a scale plate, a wind-solar complementary controller, a storage battery and a power meter, wherein the metal bracket with the scale plate is designed according to the test requirement. The metal frame enables the angle of the solar panel to the vertical surface to be changed from 15 degrees to 75 degrees. The scale groove which can be inserted with the scale plate and is provided with the baffle at the bottom is dug out in advance on the support at the position respectively corresponding to different angles, the scale plate is fixed after being inserted into the scale groove, and the scale line is arranged beside each scale groove for indication. When the solar cell panel is measured, the solar cell panel corresponds to the scale marks or is placed in good contact with the scale plates, and then an accurate corresponding included angle theta between the solar cell panel and the vertical surface is obtained.)

一种评估不同条件下光伏发电设备性能的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种检测系统和检测方法，特别是涉及一种可以评估恶劣环境下太阳能电池板充电性能的检测系统和检测方法，可以较为精确的测量出太阳能电池板在不同安装角度不同环境下的发电性能，进而帮助使用者快速获取安装太阳能电池板的位置和角度，定量分析环境对光伏设备发电性能的影响。

背景技术

近年来，太阳能及光能发电等清洁能源的利用大大普及，国家也大力支持和鼓励太阳能和风能的开发和使用，照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。且太阳能发电绝对干净，不产生公害也被誉为是理想的能源。

中国太阳辐射总量西部高于东部，辐射总量的峰谷值集中在北纬22-35°之间，峰值在青藏高原。与水电、风电、核电相比，太阳能发电没有任何排放和噪声在工程伦理上也较为合理，应用技术成熟，安全可靠，是建设青海省农牧区生态公共旱厕的首选。太阳能除大规模并网发电和离网应用外，还可以解决常规电网无法到达的偏远地区居民、户外作业和通信供电等问题。

市面上风光互补发电方案系统的发电情况等中间过程使用者往往不得而知。太阳能电池板和风力发电机的安装位置往往都是根据说明书上所写进行安装的，在全中国乃至全世界广袤的不同地区的光照条件和环境情况下使用同一种安装方式显然是不适用的，同时在青海建设离网的生态公共旱厕的需求就更需要对发电性能进行深入了解，对发电装置在不同位置不同状态下的发电性能进行实时的检测，确定发电设备最佳的安装位置，最大限度的发挥发电设备的发电性能。同时还要评估恶劣环境对太阳能电池板发电性能的影响，方便前期制定维护计划及光伏设备的选择。

发明内容

本发明的目的是提供一种评估恶劣环境下光伏发电设备性能的系统和方法，以确定出光伏发电设备在不同角度不同安装位置不同环境下的发电性能。本发明可随意移动、操作简单且成本较低。技术方案如下：

一种评估不同条件下光伏发电设备性能的系统，包括太阳能电池板、含刻度板金属支架、风光互补控制器、蓄电池和功率计，其中，含刻度金属板支架是根据测试需求设计的。此金属架能够使得太阳能电池板与竖直面的角度从15°到75°变化。预先在支架上对分别对应15°、30°、45°、60°的位置挖出可以***刻度板且底部有挡板的刻度槽，将刻度板***刻度槽后进行固定，每个刻度槽旁有刻度线进行指示。在进行测量时将太阳能电池板与刻度线对应或放在与刻度板接触良好后即获得与竖直面的准确相应夹角θ；太阳能电池板与含刻度金属板支架相连接，以满足良好的支撑及角度变化需求，太阳能电池板与风光互补控制器相连后经风光互补控制器与蓄电池相连，而用于可视化发电性能的功率计与蓄电池以并联的方式连接在风光互补控制器上。

还可以根据不同测量要求手动添加刻度线以增加不同测量角度。

本发明同时提供上述的系统实现的评估方法，包括下列步骤：

1)确定测试角度的最小值θ_m和最大值θ_M，以及角度变化步长△θ；

2)将含刻度板金属支架在地面固定好后，将刻度板***对应最小测试角度θ_m的刻度槽中，将太阳能电池板与金属支架固定，调整角度使太阳能电池板与刻度板良好接触，同时保持太阳能电池板的底端与地面接触；

3)通过功率计获得当前所固定角度θ_m时太阳能电池板的发电情况；

4)在一次测量完成后移动含刻度板金属支架，使太阳能电池板与中刻度线对齐，此时太阳能电池板与竖直方向夹角为θ_m+△θ；逐渐移动含刻度板金属支架改变太阳能电池板与竖直方向夹角，测试对同一光照条件情况下太阳能电池板的发电性能；

5)重复第4)步直至测试角度达到最大值θ_M；

6)根据数据绘制功率曲线图变化图，分析得到最佳的太阳能电池板安装角度，确定光伏发电设备最佳安装位置。

还可以通过在太阳能电池板上加入定量流沙、固定沙及水等方式验证太阳能电池板不同环境下对发电性能的影响。

本发明的有益效果是，本发明的太阳能电池板充电检测系统能够通过太阳能电池板、充电控制盒、蓄电池配合及功率计测量太阳能电池板的实时发电电压、电流及功率，这是市面上常见的简单的发电系统所缺少的；此外，从机械结构、耗费成本、便携程度及原理上比市面上存在的一些复杂而大型的测量系统更加优越。本充电检测系统，与模拟恶劣环境下的实验方法相结合，共同表征光伏发电设备性能。

附图说明

图1是本发明的太阳能电池板充电检测系统的侧面示图；

图2是本发明中控制盒的工作流程图。

图3是应用本发明进行测量时太阳能电池板侧面示图。

图4是金属支架图

图5是金属支架包含刻度局部图

图6是刻度板与金属支架相接合示意图

图7是亚克力刻度板构件图

图8是刻度槽构造图

图9是固定沙对发电性能的影响图

图10是流沙对发电性能的影响图

图11是水对发电性能的影响图

附图说明如下：

太阳能电池板 1、金属支架 2(刻度板 21 刻度槽 22 挡板 23)、充电控制盒 3、蓄电池 4、功率计 5；

具体实施方式

为了解决上述技术问题，本发明首先提供了一种光伏发电性能检测系统，本系统包括太阳能电池板发电装置；包括支撑太阳能电池板的带刻度金属支架，该支架通过铁质长方形厚片制成，不仅可以提供牢固的支撑功能且安装轻便，还可以与所支撑的太阳能电池板成不同角度安置。该支架上预先设计了对应不同角度的刻度值和刻度板，可以通过支架的不同放置位置使得太阳能电池板与竖直面呈多种不同角度，可以从0°至90°变化；包括充电控制盒有风力发电机输入端口，在风光互补发电的条件下，太阳能电池板发电的同时，风力发电机也可同时进行发电，起到辅助发电作用。还有两个直流用电器负载端口，可以在端口直接接入直流负载比如直流灯泡等直接进行供电。或是在直流端口接入逆变器在逆变器的输出端接入交流负载。所述充电控制盒还包括工作指示灯和复位功能，在不同工作状态下工作指示灯进行相应的指示，其主要作用为防止太阳能电池板与充电蓄电池直连时反向充电损坏光伏发电设备情况的出现；包括获取测试太阳能电池板实时发电电压、电流及功率的功率计；本检测系统中所用的蓄电池为12V免维护胶体蓄电池。

本发明还提供了一种评估不同条件下光伏发电设备发电性能的测试方法。

该方法首先评估发电设备安装位置对发电性能的影响，主要通过调整光伏发电设备与竖直面之间的夹角和方位角进行评估验证。夹角的改变主要通过多次拉动含刻度的金属支架同一时刻同一光照情况下不同角度太阳能电池板的实时充电性能进行观测统计；而方位角改变主要通过改变光伏发电设备的朝向如南北向或东西向。通过多次测试统计结果，确定目前光伏发电设备的最佳的安装位置，最大限度的发挥太阳能电池板的性能。

该方法其次评估了环境因素对光伏发电设备发电性能的影响，主要考虑沙子和水。将沙子和水覆盖于太阳能电池板表面模拟恶劣环境下太阳能的表面，利用测试系统测试其对光伏发电性能的影响，在实际使用时帮助使用者制定清理计划及选择合适材料的面板。

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例方式仅用于解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。

现结合上述各附图，提出基于光伏发电检测系统评估设备评估发电性能的实施案例。

进行相关的检测评估前，首先将太阳能电池板1固定到某一个角度，然后将其与功率计5、充电控制盒3等端口用硬质导线进行连接。当充电控制盒3上的相关LED灯做出相关指示后，系统处于正常工作状态，否则需要检查连接是否正确；此外，系统中各部分正常工作时相应的指示灯也会有不同的指示。充电控制盒3将太阳能电池板产生的直流电和对风力发电机产生的交流电整流后得到直流电能，一起输送给蓄电池4。此外，控制盒的重要作用在于防止在直连情况时蓄电池电压高于太阳能电池板和风机电压时出现方向充电的情况以导致发电设备被烧毁问题的出现，保护设备且大大增大了安全性。系统工作流程如图2所示。充电检测系统正常工作后通过功率计5的显示面板读出实时变化的电学参数，实时的检测和记录包括电压、电流和功率等信息，展现了不同安装角度不同光照条件下太阳能电池板的实际充电情况，这是市面上绝大部分发电系统所不具有的功能。检测系统如图1所示。

由此可见，本检测系统通过功率计5的可视化面板实现了对光伏设备发电能力的定量检测，技术效果显著突出。

其次，在上述光伏发电能力检测系统的基础上提供了一种针对不同条件下发电能力的评估方法，包括设备安装位置和环境因素两部分。

在安装位置的评估中，安装角度主要通过改变金属支架2的位置得以实现。太阳能金属支架如图4所示，此金属架角度范围可以从15°到75°变化，在支架上对15°、30°、45°、60°处挖出四个可以***刻度板21的刻度槽如图5所示。每个刻度槽的底部设有挡板23方便刻度板21的固定，连接方式如图6所示。其中刻度板是定制特殊形状的亚克力板如图7所示。金属支架的刻度槽如图8所示。每个刻度槽旁边有两个刻度线如图5所示。在进行测量时太阳能电池板1与刻度板接触良好后即可获得太阳能电池板1与竖直面的准确相应夹角θ，还可根据不同测量要求手动添加刻度线以增加不同测量角度。

评估过程如下：

1.确定测试角度的最小值θ_m和最大值θ_M，以及角度变化步长△θ；

2.将金属支架2在地面固定好后，将刻度板21***对应最小测试角度θ_m的刻度槽22中，将太阳能电池板1与金属支架固定，调整角度使太阳能电池板1与刻度板21良好接触，同时保持太阳能电池板1的底端与地面接触；

3.通过功率计5获得当前所固定角度θ_m时太阳能电池板1的发电情况；

4.如图3所示，在一次测量完成后移动金属支架2，使太阳能电池板与1中刻度线对齐，此时太阳能电池板与竖直方向夹角为θ_m+△θ。逐渐移动金属支架2改变太阳能电池板1与竖直方向，测试对同一光照条件情况下太阳能电池板1的发电性能；

5.重复第4步直至测试角度达到最大值θ_M；

6.根据数据绘制功率曲线图变化图，分析得到最佳的太阳能电池板安装角度，较为快速、准确的确定光伏发电设备最佳安装位置。

在环境对光伏发电设备性能影响的评估中，主要通过在太阳能电池板1的表面覆盖固定沙、流沙或者水以模拟恶劣环境下光伏发电设备性能，其中固定沙覆盖太阳能电池板面积约为1/3。测得固定沙情况下光伏发电设备发电性能降低12％以上，流沙情况下光伏发电设备发电性能降低4％-12％，有水情况下光伏发电设备发电性能降低3％-5％，分别如图9、图10、图11所示。

可见，本发明及本利用本发明的测试评估方法，可以在短时间内较为准确的测试出不同条件下太阳能电池板发电性能的多组数据，操作简单方便易于移动且造价较低，具有良好的优越性和实际应用性。