光伏组件监测系统设计

殷宇帆

摘 要：文章针对目前分布式小型光伏电站监管不力，易发生安全事故的情况，提出了一种光伏组件监测系统。通过设计无线采集单元实现对光伏组件输出电压、电流、背板温度的采集，再通过433 MHz低功耗无线传输至汇聚网关汇总后上传至数据库。平台可以通过对数据库内信息的分析挖掘，实现异常报警，提高了分布式小型光伏电站的安全性。

关键词：光伏组件；数据采集；监测系统

随着光伏发电技术的越发成熟，在国家政策对光伏产业的大力支持下，分布式小型光伏电站在工厂、家庭中的应用越来越普及[1]。但是这些分布式小型光伏電站很多都没有大型光伏电站专业的监控维护措施，因此，针对其重要组成部分光伏组件，本文设计了一套光伏组件监测系统来实现对光伏组件输出以及背板温度的监测，并通过对这些数据的挖掘分析寻找异常点，提高分布式小型光伏电站的安全性。

1 光伏组件监测系统的总体框架

光伏组件监测系统主要由无线采集单元、汇聚网关单元、网络数据处理单元、智能监测平台组成。其总体结构如图1所示。

无线采集单元安装于光伏组件背板接线盒内，将采集到的电压、电流、背板温度通过433 MHz无线发送至汇聚网关单元，汇聚网关单元将接收到的数据上传至数据库，服务器通过对数据库内的信息进行汇总、异常分析等，然后通过光伏组件监测平台展示。

2 无线采集单元设计

无线采集单元的主控选择的是stm32F103系列的stm32F103RBT6，低功耗无线采用了SI4463芯片的433 MHz无线模块，其出色的传输距离、较低的功耗、较强的绕射能力让它在工业物联网中得到了广泛的应用。

2.1 光伏组件数据采集端设计

光伏组件数据采集端的电路如图2所示。其中电压的采集通过对光伏组件输出电压进行分压，然后通过stm32自带的AD进行采样；电流的采集则需要用到低功耗电流感测放大器（Max44284F），通过对线路中接入的小阻值电压进行采样放大，计算出线路中的电流；温度采集采用常用的DS18B20采集，有着体积小，精度高，无需外围电路、封装形式多样的优点。

2.2 433 MHz无线模块接口电路设计

433 MHz无线模块接口电路如图3所示。

2.3 主控电路设计

主控部分采用常规stm32最小系统，需要注意的是为了提高其AD的精度，需要增加外置晶振。

3 数据库的设计

数据库内主要存储光伏组件的信息包括编号、输出电压、输出电流、背板温度、时间、异常标识、当日发电总量等如图4所示；用户的管理信息包括账户密码，权限管理，操作记录等，如图5所示[2]。

4 光伏组件监测平台设计

服务器端在Linux操作系统下搭建开源的Apache网页服务器，后台采用Java技术实现各项功能，具体如下。

用户管理模块：用户管理模块包括用户信息管理、权限管理、操作记录管理等。需要实现用户信息的添加、更改、删除以及操作权限的管理等。

实时监测模块：用户可以在光伏组件监测平台发送指令，让下层设备上传当前时间的信息，若没有具体指令下发，下层则按照既定的时间间隔上传。

历史数据查询模块：用户可以在光伏组件监测平台通过直方图、曲线图、表格形式查询光伏组件的历史数据。

异常报警模块：通过对数据库内同一时间点的光伏组件特征进行挖掘，搜索出可能存在异常的光伏组件，并在平台上报警提示[3]。

5 结语

本文提出了一种光伏组件监测系统的设计方案，研究了该系统的总体架构，无线采集单元的设计、数据库的设计以及平台的功能设计，对分布式小型光伏电站内的光伏组件实现监测，故障报警，减少了因局部故障导致系统功率下降造成的经济损失，提高了其在各类应用场景下的安全性。

[参考文献]

[1]杨锋.基于直流电力线载波通信的光伏组件监测系统[D].北京：南京邮电大学，2017.

[2]尹春雨.光伏组件故障诊断与信息管理系统研究[D].北京：华北电力大学（北京），2017.

[3]段家慧.光伏阵列智能监测和故障预测方法[D].南宁：广西大学，2018.