CN116846335B - 一种预防光伏设备pid效应的智能监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预防光伏设备PID效应的智能监测系统及方法，涉及光伏组件发电系统领域，该系统包括环境监测模块、电路监测模块和微观监测模块，其中环境监测模块监测设备环境的温度和湿度，对超过阈值的高温高湿环境进行预警上报，电路监测模块用于监测光伏组件各个部分之间的电压和电流情况，利用配置的PID功能模块对负偏压和漏电流状况及时进行处理，微观监测模块从微观层面监测离子和电子的流向，预防PN结中的电子损失，监测EVA水解反响导致的分子析出流动，该微观层面监测方法有效捕捉了每次微小变化，得到一段时间内微小化学变化的变化次数，能及时发现PID效应并进行预警，为后续分析问题，解决问题提供便捷。
Description
技术领域
本发明涉及光伏组件发电系统领域，具体为一种预防光伏设备PID效应的智能监测系统及方法。
背景技术
新能源发电是利用可再生能源实现发电一种方式，能源来源广泛，有利于环境的保护，随着绿色环保理念的普及，现有技术的发展，新能源发电在发电领域逐渐占据了更高的份额，成为了未来能源发电的主流方向；
现有新能源发电主要依靠光伏发电和风力发电，其中光伏发电的光伏设备指光伏制造型企业用于生产原料、电池组件、零部件等产品中使用的机器设备，PID效应(Potential Induced Degradation)中文全称为电势诱导衰减，指电池组件在高电压作用下，存在漏电并发生功率衰减的现象，在高温高湿的应用场景下功率衰减更为严重，影响整个组串的功率输出，PID效应形成原因有外部原因和内部原因，外部原因为在潮湿环境下，活跃程度与潮湿程度相关，且与组件表面被带有离子的物体的污染程度有关，内部原因为湿度等环境条件导致了漏电流的产生，若能及时发现PID效应并进行预警，就能为后续分析问题，解决问题提供便捷。
因此，现提出一种预防光伏设备PID效应的智能监测系统及方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种预防光伏设备PID效应的智能监测系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方法：一种预防光伏设备PID效应的智能监测方法，包括以下步骤；
S1、获取当前时刻的温度信息，判断所述当前时刻的温度信息是否大于温度监测阈值，若是则获取当前时刻的运行环境参数；
S2、根据所述运行环境参数，计算当前光伏组件的运行环境状态数据；
S3、比较当前所述运行环境状态数据和运行阈值条件，根据判断结果生成维护告警信息。
进一步的，在步骤S2中，运行环境参数包括湿度信息和PH值信息；现通过以下步骤来监测环境每次微观层面上的变化，计算当前光伏组件的运行环境状态数据，包括：
S201、设定初始安装时光伏组件的PH值为X，在温度高于监测阈值时，每隔单位监测时间测量一次封装物表面的PH值，记录为Pij，当Pij值小于初始PH值X时，判断为发生了醋酸分子的析出，进行取值，使得Pij＝X-Pij；
S202、单位监测时间后测量表面的PH值为Pij+1，与单位监测时间前封装物体表面的PH值Pij比较；若PH值持续减小，呈下降趋势，则取值使得Pij+1＝Pij-Pij+1；若PH值持续变大，呈上升趋势，则取值使得Pi+1j＝Pi+1j-Pij；
S203、在m分钟内重复进行步骤S202，累计每次的数值为Pij，选择输出至变量集合M_J，使得M_J＝{Pij，Pij+1，Pij+2，Pij+3，…，Pij+n}，M_J集合内元素为每次醋酸分子析出后的PH值变化量；选择输出至变量集合N_I，使得N_I＝{Pij，Pi+1j，Pi+2j，Pi+3j，…Pi+nj}，N_I集合内元素为每次醋酸分子与玻璃中纯碱反响析出钠离子时的PH值变化量；
S204、分别计算N_I集合和M_J集合内元素的拥挤度，每次单位监测时间微观层面内微小化学变化的PH变化值为u，对元素值不小于u的赋权重值1，对元素值小于u的赋权重值0，N_I集合计算μ是元素的权重值，P是集合内元素数量，Y是该集合内元素的拥挤度；同理对M_J集合计算/>所述通过监测环境每次微观层面上的变化，并计算当前光伏组件的运行环境状态数据，使得光伏组件表面细微变化可见，预防了PID效应的发生。
进一步的，在步骤S3中，比较当前所述运行环境状态数据和运行阈值条件，根据判断结果生成维护告警信息，包括：
所述比较N_I集合计算出的Y值，若Y值高出阈值，则比较M_J集合计算出的Y值，若Y值高出阈值，进行警示上报；所述根据当前运行环境状态数据和运行阈值条件，判断结果生成维护告警信息，实现了维护告警信息的可视化，提高了监测信息的可阅读性，简化了变电站运维人员的工作流程，提升了工作效率。
一种预防光伏设备PID效应的智能监测系统，所述系统包括：环境监测模块、电路监测模块、微观监测模块以及处理模块；
通过所述环境监测模块用于监测光伏设备所处的环境温度和湿度；
通过所述电路监测模块用于监测光伏组件和封装边框的直流高压导致的电压偏执，封装组件绝缘效果下降导致的漏电流现象；
通过所述微观监测模块用于监测电子和离子的聚集现象和流动方向；
所述处理模块分别电性连接所述环境监测模块、所述电路监测模块以及所述微观监测模块并接收数据。
进一步的，环境监测模块包括温度监测单元和湿度监测单元；温度监测单元用于监测光伏设备所在环境温度，光伏设备工作温度，对超过温度阈值的情况进行预警，湿度监测单元用于监测光伏设备所在环境湿度，根据湿度情况预判PID效应发生的概率，对高湿度环境进行预警；所述环境监测模块通过监测环境温度和湿度，使得对突破阈值的高温高湿环境情况进行监测预警，提示工作人员对设备进行排查维护。
进一步的，电路监测模块包括电压监测单元和电流监测单元；电压监测单元用于监测电池片和组件的铝合金边框之间的直流电压，监测电压偏置现象，电流监测单元用于监测封装材料和玻璃之间存在的漏电流现象；所述电路监测模块通过监测光伏组件和封装边框的直流高压导致的电压偏执和封装组件绝缘效果下降导致的漏电流现象，使得对异常情况做到及时监测，通过配置的PID功能模块所述电路监测模块来解决PID效应。
进一步的，微观监测模块包括电子监测单元和离子监测单元；电子监测单元用于监测PN结漏电造成的电子损失现象，离子监测单元用于监测封装材料分解产生的钠离子在外电场作用下向电池片表面移动产生的离子富集现象；所述微观监测模块通过监测PN结漏电造成的电子损失现象和离子富集现象，使得从微观层面上预防电池片表面的杂质存在和迁移，预防PN结中的电子损失，防止PID效应的发生。
进一步的，系统包括：所述系统利用温度监测单元监测环境与光伏设备的温度，当当前温度大于温度监测阈值时，利用湿度监测单元监测环境和设备的湿度，利用微观监测模块对电子和离子进行监测，利用电路监测模块对光伏设备的各个组成部分进行电流和电压的监测，获取PH值信息，得到当前时刻的运行环境参数后，计算当前光伏组件的运行环境状态数据，比较当前所述运行环境状态数据和运行阈值条件，根据判断结果生成维护告警信息；所述该系统通过微观层面监测方法有效捕捉了每次微小变化，得到一段时间内微小化学变化的变化次数，能及时发现PID效应并进行预警，为后续分析问题，解决问题提供便捷。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
1、本发明研究了PID产生的原因，分析了PID效应的产生过程，从发展过程中的各种成因方面切入，通过对不同阶段光伏设备状态的监测和维护，剔除了导致PID效应的各种因素，保证了光伏发电组件的输出效率。
2、本发明利用系统的统一管理监测和信息集成，规划分类各种复杂信息，提高了监测信息的时效性和可靠性，增强了光伏发电组件的鲁棒性，延长了光伏组件的有效使用期限。
3、本发明利用系统的可视化模块，提高了监测信息的可阅读性，简化了变电站运维人员的工作流程，提升了工作效率。
4、本发明提出了一种微观层面研究化学变化的方法，使得光伏组件表面细微变化可见，预防了PID效应的发生。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明一种预防光伏设备PID效应的智能监测系统的结构框图；
图2为本发明一种预防光伏设备PID效应的智能监测方法的步骤流程图；
图3为本发明一种预防光伏设备PID效应的智能监测方法的微观反应监测步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1-图3和具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一：
如图2和图3所示，本实施例提供了一种预防光伏设备PID效应的智能监测方法，包括以下步骤：
S1、获取当前时刻的温度信息，判断所述当前时刻的温度信息是否大于温度监测阈值，若是则获取当前时刻的运行环境参数。
S2、根据所述运行环境参数，计算当前光伏组件的运行环境状态数据；
在步骤S2中，运行环境参数包括湿度信息和PH值信息；现通过以下步骤来监测环境每次微观层面上的变化，计算当前光伏组件的运行环境状态数据，包括：
S201、设定初始安装时光伏组件的PH值为X，在温度高于监测阈值时，每隔单位监测时间测量一次封装物表面的PH值，记录为Pij，当Pij值小于初始PH值X时，判断为发生了醋酸分子的析出，进行取值，使得Pij＝X-Pij；
S202、单位监测时间后测量表面的PH值为Pij+1，与单位监测时间前封装物体表面的PH值Pij比较；若PH值持续减小，呈下降趋势，则取值使得Pij+1＝Pij-Pij+1；若PH值持续变大，呈上升趋势，则取值使得Pi+1j＝Pi+1j-Pij；
S203、在m分钟内重复进行步骤S202，累计每次的数值为Pij，选择输出至变量集合M_J，使得M_J＝{Pij，Pij+1，Pij+2，Pij+3，…，Pij+n}，M_J集合内元素为每次醋酸分子析出后的PH值变化量；选择输出至变量集合N_I，使得N_I＝{Pij，Pi+1j，Pi+2j，Pi+3j，…Pi+nj}，N_I集合内元素为每次醋酸分子与玻璃中纯碱反响析出钠离子时的PH值变化量；
S204、分别计算N_I集合和M_J集合内元素的拥挤度，每次单位监测时间微观层面内微小化学变化的PH变化值为u，对元素值不小于u的赋权重值1，对元素值小于u的赋权重值0，N_I集合计算μ是元素的权重值，P是集合内元素数量，Y是该集合内元素的拥挤度；同理对M_J集合计算/>
S3、比较当前所述运行环境状态数据和运行阈值条件，根据判断结果生成维护告警信息；
在步骤S3中，比较当前所述运行环境状态数据和运行阈值条件，根据判断结果生成维护告警信息，包括：
所述比较N_I集合计算出的Y值，若Y值高出阈值，则比较M_J集合计算出的Y值，若Y值高出阈值，进行警示上报。
例如：
在步骤S1中，当前时刻的温度信息，当前时刻的温度信息大于温度监测阈值，则获取当前时刻的运行环境参数。
在步骤S2中，记录初始PH值为7.2，每隔30毫秒测量一次PH值，测量得到PH值为7.15，PH值下降，判断为有醋酸析出，将数值变化量输出0.05至变量集合M_J，测量得到PH值为7.18，PH值上升，判断为有钠离子析出，将数值变化量0.03输出至变量集合N_I，在3分钟内重复测量，记录每次的PH值变化量，分别计算N_I集合和M_J集合的元素拥挤度。
在步骤S3中，N_I集合和M_J集合计算出的元素拥挤度均高出阈值，则进行警示上报。
实施例二：
如图1所示，本实施例提供了一种预防光伏设备PID效应的智能监测系统，其基于实施例中的智能监测方法实现，具体系统包括：环境监测模块、电路监测模块、微观监测模块以及处理模块；
通过环境监测模块用于监测光伏设备所处的环境温度和湿度；
环境监测模块包括温度监测单元和湿度监测单元；温度监测单元用于监测光伏设备所在环境温度，光伏设备工作温度，对超过温度阈值的情况进行预警，湿度监测单元用于监测光伏设备所在环境湿度，根据湿度情况预判PID效应发生的概率，对高湿度环境进行预警。
通过电路监测模块用于监测光伏组件和封装边框的直流高压导致的电压偏执，封装组件绝缘效果下降导致的漏电流现象；
电路监测模块包括电压监测单元和电流监测单元；电压监测单元用于监测电池片和组件的铝合金边框之间的直流电压，监测电压偏置现象，电流监测单元用于监测封装材料和玻璃之间存在的漏电流现象。
通过微观监测模块用于监测电子和离子的聚集现象和流动方向；
微观监测模块包括电子监测单元和离子监测单元；电子监测单元用于监测PN结漏电造成的电子损失现象，离子监测单元用于监测封装材料分解产生的钠离子在外电场作用下向电池片表面移动产生的离子富集现象。
处理模块分别电性连接所述环境监测模块、所述电路监测模块以及所述微观监测模块并接收数据；
系统利用温度监测单元监测环境与光伏设备的温度，当当前温度大于温度监测阈值时，利用湿度监测单元监测环境和设备的湿度，利用微观监测模块对电子和离子进行监测，利用电路监测模块对光伏设备的各个组成部分进行电流和电压的监测，获取PH值信息，得到当前时刻的运行环境参数后，计算当前光伏组件的运行环境状态数据，比较当前所述运行环境状态数据和运行阈值条件，根据判断结果生成维护告警信息。
例如：
系统利用温度监测单元监测环境与光伏设备的温度，当前温度大于温度监测阈值，利用湿度监测单元监测环境和设备的湿度，利用微观监测模块对电子和离子进行监测，利用电路监测模块对光伏设备的各个组成部分进行电流和电压的监测，获取PH值信息，得到当前时刻的运行环境参数后，计算当前光伏组件的运行环境状态数据，当前所述运行环境状态数据不大于运行阈值条件，则不生成告警信息。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种预测光伏设备PID效应的智能监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取当前时刻的温度信息，判断所述当前时刻的温度信息是否大于温度监测阈值，若是则获取当前时刻的运行环境参数；
S2、根据所述运行环境参数，计算当前光伏组件的运行环境状态数据；
S3、比较当前所述运行环境状态数据和运行阈值条件，根据判断结果生成维护告警信息；
所述运行环境参数包括湿度信息和PH值信息；现通过以下步骤来监测环境每次微观层面上的变化，计算当前光伏组件的运行环境状态数据，包括：
S201、设定初始安装时光伏组件的PH值为X，在温度高于监测阈值时，每隔单位监测时间测量一次封装物表面的PH值，记录为Pij，当Pij值小于初始PH值X时，判断为发生了醋酸分子的析出，进行取值，使得Pij＝X-Pij；
S202、单位监测时间后测量表面的PH值为Pij+1，与单位监测时间前封装物体表面的PH值Pij比较；若PH值持续减小，呈下降趋势，则取值使得Pij+1＝Pij-Pij+1；若PH值持续变大，呈上升趋势，则取值使得Pi+1j＝Pi+1j-Pij；
S203、在m分钟内重复进行步骤S202,累计每次的数值为Pij，选择输出至变量集合M_J,使得M_J＝{Pij,Pij+1,Pij+2,Pij+3,···,Pij+n}，M_J集合内元素为每次醋酸分子析出后的PH值变化量；选择输出至变量集合N_I，使得N_I＝{Pij，Pi+1j，Pi+2j，Pi+3j，···Pi+nj}，N_I集合内元素为每次醋酸分子与玻璃中纯碱反响析出钠离子时的PH值变化量；
S204、分别计算N_I集合和M_J集合内元素的拥挤度，每次单位监测时间微观层面内微小化学变化的PH变化值为u，对元素值不小于u的赋权重值1，对元素值小于u的赋权重值0，N_I集合计算μ是元素的权重值，P是集合内元素数量，Y是该集合内元素的拥挤度；同理对M_J集合计算/>
2.根据权利要求1所述的一种预测光伏设备PID效应的智能监测方法，其特征在于：所述比较当前所述运行环境状态数据和运行阈值条件，根据判断结果生成维护告警信息，包括：
比较N_I集合计算出的Y值，若Y值高出阈值，则比较M_J集合计算出的Y值，若Y值高出阈值，进行警示上报。
3.一种预防光伏设备PID效应的智能监测系统，其特征在于：所述系统包括：环境监测模块、电路监测模块、微观监测模块以及处理模块；
通过所述环境监测模块用于监测光伏设备所处的环境温度和湿度；
通过所述电路监测模块用于监测光伏组件和封装边框的直流高压导致的电压偏执，封装组件绝缘效果下降导致的漏电流现象；
通过所述微观监测模块用于监测电子和离子的聚集现象和流动方向；
所述处理模块分别电性连接所述环境监测模块、所述电路监测模块以及所述微观监测模块并接收数据；所述处理模块用于执行上述权利要求1-2任一项所述的方法。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述环境监测模块包括温度监测单元和湿度监测单元；温度监测单元用于监测光伏设备所在环境温度，光伏设备工作温度，对超过温度阈值的情况进行预警，湿度监测单元用于监测光伏设备所在环境湿度，根据湿度情况预判PID效应发生的概率，对高湿度环境进行预警。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述电路监测模块包括电压监测单元和电流监测单元；电压监测单元用于监测电池片和组件的铝合金边框之间的直流电压，监测电压偏置现象，电流监测单元用于监测封装材料和玻璃之间存在的漏电流现象。
6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述微观监测模块包括电子监测单元和离子监测单元；电子监测单元用于监测PN结漏电造成的电子损失现象，离子监测单元用于监测封装材料分解产生的钠离子在外电场作用下向电池片表面移动产生的离子富集现象。
7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统包括：所述系统利用温度监测单元监测环境与光伏设备的温度，当当前温度大于温度监测阈值时，利用湿度监测单元监测环境和设备的湿度，利用微观监测模块对电子和离子进行监测，利用电路监测模块对光伏设备的各个组成部分进行电流和电压的监测，获取PH值信息，得到当前时刻的运行环境参数后，计算当前光伏组件的运行环境状态数据，比较当前所述运行环境状态数据和运行阈值条件，根据判断结果生成维护告警信息。
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Citations (5)
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2023
- 2023-06-14 CN CN202310707891.3A patent/CN116846335B/zh active Active
Patent Citations (5)
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