本實用新型涉及故障監(jiān)測領域，具體而言，涉及一種光伏組件故障監(jiān)測裝置。

背景技術：

一個標準光伏組件通常由60個光伏電池片組成，如圖1所示，每個光伏電池片相當于一個獨立的輸出電源，其IV(電流-電壓)特性曲線如圖2所示。所有60個電池片串聯(lián)起來對外輸出，輸出電流約為10～15A，輸出電壓約為30～40V。當一塊光伏電池片發(fā)生故障時，該電池片的電流大大降低，就會出現(xiàn)如圖2中第II象限的情況，成為一個壓降很大的負載，壓降可達30V，大壓降會導致電池片迅速升溫引發(fā)火災。

現(xiàn)有技術中，為了防止電池片出現(xiàn)故障帶來的安全隱患，通常在若干個電池片，例如，如圖1中所示，在20個電池片中并聯(lián)一個二極管，如果這20個電池片中的任意一片電池片故障，二極管可以將這20個電池片全部短路。這種方式一定程度上避免了熱斑效應，降低了故障對于發(fā)電的損失，但是電站的巡視人員并無法在現(xiàn)場或者從后臺數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)有組件發(fā)生故障，也無法確定是哪個組件發(fā)生了故障，故障將持續(xù)存在，不僅影響了整個光伏組的功率，使之偏離最大功率點，而且具有非常危險的安全隱患。

針對相關技術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。

技術實現(xiàn)要素：

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

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

進一步地，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傳輸至處理器。

進一步地，電壓傳感器包括：降壓器，與光伏組件相連接，用于對端電壓進行降壓，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。

進一步地，分檔電路包括：多個檔位回路，其中，每個檔位回路均與降壓器和處理器相連接。

進一步地，多個檔位回路包括目標檔位回路，目標檔位回路中串聯(lián)有發(fā)光二極管或發(fā)光三極管。

進一步地，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，負極與第一電阻的第二端相連接，正極與降壓器的負輸出端相連接；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極相連接；第三電阻，第一端與第二二極管的負極相連接；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極相連接；第二三極管，基極與第三二極管的負極相連接，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。

進一步地，分檔電路還包括：第一發(fā)光管，負極與第一電阻的第二端相連接，正極與第一二極管的負極相連接；第二發(fā)光管，正極與第二三極管的發(fā)射極相連接，負極與第七電阻的第一端相連接。

進一步地，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，用于對第一電壓進行濾波。

進一步地，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)。

本實用新型通過監(jiān)測光伏組件的端電壓并根據(jù)端電壓生成模擬電壓信號；根據(jù)模擬電壓信號判斷光伏組件是否故障，解決了相關技術中無法判斷光伏組件是否故障的問題，進而達到了準確地監(jiān)測光伏組件是否故障的效果。

附圖說明

構成本申請的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中：

圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術的一種標準光伏組件的示意圖；

圖2是光伏電池片的IV特性曲線的示意圖；

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

圖4是根據(jù)本實用新型實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)本實用新型實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)本實用新型實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)本實用新型第二實施例的光伏組件故障監(jiān)測裝置的示意圖；

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

圖9是根據(jù)本實用新型實施例的模擬電壓信號分檔的示意圖。

具體實施方式

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

為了使本技術領域的人員更好地理解本申請方案，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分的實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├绢I域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本申請保護的范圍。

需要說明的是，本申請的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當情況下可以互換，以便這里描述的本申請的實施例。此外，術語“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。

本實用新型的實施例提供了一種光伏組件故障監(jiān)測裝置。

圖3是根據(jù)本實用新型第一實施例的光伏組件故障監(jiān)測裝置的示意圖。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)測光伏組件的端電壓并根據(jù)端電壓生成模擬電壓信號；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，或逆變器不啟動時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電池片中并聯(lián)一個二極管，如果一塊電池片故障，這幾個電池片會被全部短路。當某個組件出現(xiàn)電池片損壞(短路)或發(fā)生永久遮擋故障時，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，導致電池片成為負載，從而引發(fā)旁路保護二極管的導通，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。當一個組件有至少一組電池片被二極管旁路時，其輸出電壓將大大低于其它組件。當組件出現(xiàn)某個電池片內部局部短路故障時，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降低，可以根據(jù)模擬電壓信號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，用于對端電壓進行降壓，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：多個檔位回路，其中，每個檔位回路均與降壓器和處理器相連接，每個檔位回路用于在第一電壓的電壓值在自身對應的預設電壓值范圍時導通，并在第一電壓的電壓值不在自身對應的預設電壓值范圍時截止，各個檔位回路對應的預設電壓值范圍互相不重疊。

設多個檔位回路包括目標檔位回路，目標檔位回路中串聯(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檔位回路對應的預設電壓值范圍時導通并發(fā)光。

優(yōu)選地，當檔位為三檔時，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，負極與第一電阻的第二端相連接，正極與降壓器的負輸出端相連接；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極相連接；第三電阻，第一端與第二二極管的負極相連接；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，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極相連接；第二三極管，基極與第三二極管的負極相連接，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，分檔電路的具體電路連接還可以包括：第一發(fā)光管，負極與第一電阻的第二端相連接，正極與第一二極管的負極相連接；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，可以用于對第一電壓進行濾波。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)本實用新型第二實施例的光伏組件故障監(jiān)測裝置的示意圖。如圖7所示，該實施例提供的光伏組件故障監(jiān)測裝置可以將模擬電壓信號分為三個檔位。

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的負極相連接；二極管D8的正極與二極管D4的負極相連接，二極管D4的正極與降壓器的負輸出端相連接；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負極，負極連接電阻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負極；三極管Q1基極連接二極管D3負極，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，時間常數(shù)為ms級，可以濾掉光伏電池片瞬時短路形成的反向電壓的時間常數(shù)。以監(jiān)測輸出電壓為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)一個二極管，當光電池組件工作正常時，輸出電壓為30V，三極管Q2導通，Q1截止，發(fā)光二極管D7和D8均不工作；當出現(xiàn)一組電池片故障導致一個二極管反向導通或兩組電池片故障導致兩個二極管反向導通時，光伏電池組件輸出電壓降為20V或者10V，此時設計Q2截止，Q1導通，發(fā)光二極管D7工作，指示電路故障，當三組電池片均發(fā)生故障導致二極管均反向導通時，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)本實用新型第四實施例的光伏組件故障監(jiān)測裝置的示意框圖。如圖8所示，光伏電池組輸出的電壓經濾波電路濾波，產生DC-DC模塊的輸入電壓，同時產生參考電壓Vref。DC-DC模塊對輸入的電壓執(zhí)行降壓轉換，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，進行比較，獲得八路高低電平，通過8-3編碼器進行編碼后送給指示電路，指示電路對電壓狀態(tài)和故障進行指示。

圖9是根據(jù)本實用新型實施例的模擬電壓信號分檔的示意圖。如圖9所示，該實施例中將模擬電壓信號分為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候的輸出電壓，剩余的6檔在2/3Um～Um的范圍內進行等分。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，剩余的6個細分檔用來判斷是發(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。

以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。