專利名稱：基于無線網(wǎng)絡(luò)的自動跟蹤式光伏發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域和光伏發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的 自動跟蹤式光伏發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著石油價格的不斷攀升，全球都在迫切尋找一種合適的替代能源。根據(jù) 美國能源部的報告，像風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮艿冗@些能源的應(yīng)用現(xiàn)在已經(jīng)占到
全球能源使用量的4%以上，而且正在逐年攀升。目前，太陽能是其中發(fā)展最快 的可再生能源，它正在以每年60%的速度增長。因此，如何有效的開發(fā)利用太 陽能，就成為全球未來能源的焦點問題。
目前市場上的太陽能光伏發(fā)電方式有兩種， 一種是光伏板固定式， 一種是 自動跟蹤太陽能式。由于太陽光照射角度的動態(tài)變化，致使固定式光伏發(fā)電裝 置對太陽的利用率較低，不能對太陽能進行最大限度的開發(fā)利用。自動跟蹤式 光伏發(fā)電裝置可以對太陽光照射角度進行跟蹤，從而調(diào)整光伏板角度，確保光 伏板與太陽光成90度角，從而大大提高了太陽能的利用率。但是這同時又帶來 了一個問題，就是光伏發(fā)電裝置要實時來檢測太陽光照射角度，這會導(dǎo)致系統(tǒng) 不停地調(diào)整光伏發(fā)電裝置的旋轉(zhuǎn)軸，這就需要消耗大量的能量，而且大大增加 了裝置的成本，再加上光伏發(fā)電站的發(fā)電裝置數(shù)量龐大，這對于能源和經(jīng)濟上 會造成很大的浪費。
此外，由于我國各地的地形復(fù)雜，太能能資源分布不均，而且太陽能光伏 發(fā)電站都是建造在野外，這就對光伏發(fā)電站的監(jiān)控管理提出了很大的挑戰(zhàn)。 因此，如何有效地實現(xiàn)對各光伏發(fā)電站的監(jiān)控和集中管理、如何提高監(jiān)控系統(tǒng) 的可靠性、如何降低系統(tǒng)的維護成本等就成為了嚴(yán)峻的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供基于無線網(wǎng)絡(luò)的自動跟蹤式光 伏發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng)
基于無線網(wǎng)絡(luò)的自動跟蹤式光伏發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng)包括
至少一個光信號變送器，通過串行網(wǎng)絡(luò)分別與每個Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)連接， 用于檢測太陽光的強度和角度信號，同時根據(jù)太陽光強度檢測模塊的數(shù)據(jù)和 Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)的時鐘數(shù)據(jù)來控制變送器的工作狀態(tài)；
至少一個Zigee/GPRS網(wǎng)關(guān)，分別用于傳送各自區(qū)域內(nèi)的光伏發(fā)電站數(shù)據(jù)，同時通過獲得光信號變送器的數(shù)據(jù)，將光信號數(shù)據(jù)發(fā)送給區(qū)域內(nèi)的所有光伏發(fā)
電裝置；
至少一個帶有Zigbee子節(jié)點模塊的光伏發(fā)電裝置，通過Zigbee子節(jié)點模塊 接收來自Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)的光信號數(shù)據(jù)來實現(xiàn)對太陽光的自動跟蹤；
遠程監(jiān)控中心通過GPRS網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控來自Zigee/GPRS網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)，并且同步 各光伏發(fā)電站Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)的時鐘數(shù)據(jù)。
光伏發(fā)電裝置通過各自的Zigbee子節(jié)點模塊加入Zigbee網(wǎng)絡(luò)，接受來自 Zigbee協(xié)調(diào)器模塊的光信號數(shù)據(jù)來調(diào)整光伏發(fā)電板的角度；網(wǎng)關(guān)控制模塊獲取 光信號變送器的光信號數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送給Zigbee協(xié)調(diào)器模塊，同時又接收 Zigbee協(xié)調(diào)器模塊采集的光伏發(fā)電站數(shù)據(jù)傳送給GPRS?！姥?；GPRS模塊將光伏 發(fā)電站數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到遠程監(jiān)控中心進行集中管理。
所述的光信號變送器包括一個太陽光角度檢測模塊、 一個太陽光強度檢測 模塊、 一個蓄電池控制模塊和一個光檢測控制電路，其中
太陽光角度檢測模塊用于檢測太陽光的高度角和方位角，用于光伏發(fā)電裝 置的自動跟蹤；
太陽光強度檢測模塊用于檢測太陽光的光強度，該數(shù)據(jù)配合時鐘數(shù)據(jù)用于 控制光信號變送器的工作狀態(tài)；
蓄電池控制模塊用于為整個光信號變送器提供電源；
光檢測控制電路通過各檢測模塊的數(shù)據(jù)和Zigee/GPRS網(wǎng)關(guān)的時鐘數(shù)據(jù)來對 光信號變送器進行控制。
所述的Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)包括一個蓄電池控制模塊、 一個外電源控制模塊、 一個人機界面模塊、 一個GPRS模塊、 一個Zigbee協(xié)調(diào)器模塊和一個網(wǎng)關(guān)控制 模塊，其中
蓄電池控制模塊和外電源控制模塊可以相互切換，以防止意外斷電時，實 現(xiàn)雙電源控制；
人機界面模塊用于用戶現(xiàn)場對各子光伏發(fā)電站的數(shù)據(jù)進行觀測和維護； GPRS模塊用于與遠程監(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)傳輸，對光伏發(fā)電站進行實時監(jiān)
控；
Zigbee協(xié)調(diào)器模塊為Zigbee網(wǎng)絡(luò)的Zigbee主機，用于廣播光信號數(shù)據(jù)給每 個光伏發(fā)電裝置，并且采集每個光伏發(fā)電裝置的工作參數(shù)。
所述的每個光伏發(fā)電裝置包括一個光伏發(fā)電板、 一個蓄電池控制模塊、一 個Zigbee子節(jié)點模塊和一個轉(zhuǎn)動裝置，其中光伏發(fā)電板用于采集太陽能，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能；
蓄電池控制模塊用于存儲太陽能轉(zhuǎn)換的電能，同時為光伏發(fā)電裝置供電； Zigbee子節(jié)點模塊用于與Zigbee網(wǎng)絡(luò)通訊，接受光信號數(shù)據(jù)，同時將光伏 發(fā)電裝置自身的工作參數(shù)反饋給Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)模塊；
轉(zhuǎn)動裝置通過光信號數(shù)據(jù)調(diào)整光伏發(fā)電板的角度，對太陽光角度進行自動
^艮足宗。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有有益效果，下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā) 明進行進一步詳細描述。


圖1是本發(fā)明提供的一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的自動跟蹤式光伏發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明提供的一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的自動跟蹤式光伏發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng) 中的光信號變送器的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明提供的一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的自動跟蹤式光伏發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng) 中的Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明提供的一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的自動跟蹤式光伏發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng) 中的光伏發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
如圖l所示，基于無線網(wǎng)絡(luò)的自動跟蹤式光伏發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng)包括
至少一個光信號變送器102，通過串行網(wǎng)絡(luò)分別與每個Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān) 103連接，用于檢測太陽光的強度和角度信號，同時根據(jù)太陽光強度檢測模塊 1023的數(shù)據(jù)和Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)103的時鐘數(shù)據(jù)來控制變送器的工作狀態(tài)；
至少一個Zigee/GPRS網(wǎng)關(guān)103，分別用于傳送各自區(qū)域內(nèi)的光伏發(fā)電站數(shù) 據(jù)，同時通過獲得光信號變送器102的數(shù)據(jù)，將光信號數(shù)據(jù)發(fā)送給區(qū)域內(nèi)的所 有光伏發(fā)電裝置104;
至少一個帶有Zigbee子節(jié)點模塊1042的光伏發(fā)電裝置104，通過Zigbee 子節(jié)點模塊1042接收來自Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)103的光信號數(shù)據(jù)來實現(xiàn)對太陽光 的自動跟蹤；
遠程監(jiān)控中心101通過GPRS網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控來自Zigee/GPRS網(wǎng)關(guān)103的數(shù)據(jù)， 并且同步各光伏發(fā)電站Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)103的時鐘數(shù)據(jù)。
每個Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)103配備一個光信號變送器102，通過Zigbee/GPRS 網(wǎng)關(guān)103將光信號數(shù)據(jù)廣播傳送給一個區(qū)域內(nèi)所有的光伏發(fā)電裝置104，這樣就可以使一個子光伏發(fā)電站僅使用一個光信號變送器102就可以實現(xiàn)所有光伏發(fā) 電裝置104對太陽光角度的自動跟蹤，這樣就較少了光伏發(fā)電站光信號檢測機 構(gòu)的數(shù)量，有效地降低檢測太陽光角度時的能量消耗和成本。
Zigbee協(xié)調(diào)器模塊1033用于將收集到的光信號數(shù)據(jù)廣播傳送到個光伏發(fā)電 裝置104的Zigbee子節(jié)點模塊1042上，用于光伏發(fā)電裝置104實現(xiàn)自動跟蹤太 陽光，同時Zigbee協(xié)調(diào)器模塊1033收集Zigbee子節(jié)點模塊1042上的工作參數(shù)， 網(wǎng)關(guān)控制電路1031將工作參數(shù)轉(zhuǎn)換成GPRS格式，再通過GPRS模塊1032傳 送到遠程監(jiān)控中心101用于實現(xiàn)集中管理。
需要說明的是，具有GPRS功能的其他設(shè)備，比如PDA、筆記本電腦等通 過一定的系統(tǒng)認證后也可以作為遠程監(jiān)控中心101接收來自Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān) 103的數(shù)據(jù)。
如圖2所示，光信號變送器102包括一個太陽光角度檢測模塊1022、 一個 太陽光強度檢測模塊1023、 一個蓄電池控制模塊1024和一個光檢測控制電路 1021，其中
太陽光角度檢測模塊1022用于檢測太陽光的高度角和方位角，用于光伏發(fā) 電裝置104的自動跟蹤；
太陽光強度檢測模塊1023用于檢測太陽光的光強度，該數(shù)據(jù)配合時鐘數(shù)據(jù) 用于控制光信號變送器102的工作狀態(tài)；
蓄電池控制模塊1024用于為整個光信號變送器102提供電源；
光檢測控制電路1021通過各檢測模塊的數(shù)據(jù)和Zigee/GPRS網(wǎng)關(guān)103的時 鐘數(shù)據(jù)來對光信號變送器102進行控制。
太陽光強度檢測模塊1023用于檢測當(dāng)?shù)氐奶柟鈴姸?，用于判斷?dāng)?shù)氐奶?氣狀況，同時光信號變送器102從Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)103獲取時間信息，根據(jù) 時間信息和太陽光強度信息來決定是否開啟太陽光角度檢測模塊1022。當(dāng)太陽 光角度大于光伏板的可轉(zhuǎn)換限值時，開啟太陽角度檢測模塊1022，并且把檢測 到的太陽光角度信息通過串行網(wǎng)絡(luò)傳送給Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)103;當(dāng)太陽光角度 低于光伏板的可轉(zhuǎn)換限值時，關(guān)閉太陽光角度檢測模塊1023，節(jié)省電能。
如圖3所示，Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)103包括一個蓄電池控制模塊1034、 一個 外電源控制模塊1035、 一個人機界面模塊1036、 一個GPRS模塊1032、 一個 Zigbee協(xié)調(diào)器模塊1033和一個網(wǎng)關(guān)控制模塊1031，其中
蓄電池控制模塊1034和外電源控制模塊1035可以相互切換，以防止意外 斷電時，實現(xiàn)雙電源控制；
7人機界面模塊1036用于用戶現(xiàn)場對各子光伏發(fā)電站的數(shù)據(jù)進行觀測和維
護；
GPRS模塊1032用于與遠程監(jiān)控中心101進行數(shù)據(jù)傳輸，對光伏發(fā)電站進 行實時監(jiān)控；
Zigbee協(xié)調(diào)器模塊1033為Zigbee網(wǎng)絡(luò)的Zigbee主機，用于廣播光信號數(shù) 據(jù)給每個光伏發(fā)電裝置104，并且采集每個光伏發(fā)電裝置104的工作參數(shù)。
如圖4所示，每個光伏發(fā)電裝置104包括一個光伏發(fā)電板1043、 一個蓄電 池控制模塊1044、 一個Zigbee子節(jié)點模塊1042和一個轉(zhuǎn)動裝置1041，其中
光伏發(fā)電板1043用于采集太陽能，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能；
蓄電池控制模塊1044用于存儲太陽能轉(zhuǎn)換的電能，同時為光伏發(fā)電裝置104 供電；
Zigbee子節(jié)點模塊1042用于與Zigbee網(wǎng)絡(luò)通訊，接受光信號數(shù)據(jù)，同時將 光伏發(fā)電裝置104自身的工作參數(shù)反饋給Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)模塊103;
轉(zhuǎn)動裝置1041通過光信號數(shù)據(jù)調(diào)整光伏發(fā)電板1043的角度，對太陽光角 度進行自動跟蹤。
為了能保證Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)103能夠長時間正常工作，正確實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳 輸和采集，參見圖3， Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)103還包括一個蓄電池控制模塊1034 和外電源控制模塊1035，以防止意外斷電，實現(xiàn)雙電源控制，而且包括一個人 機界面1036，可以用于光伏發(fā)電站現(xiàn)場數(shù)據(jù)的觀測。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾， 這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
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權(quán)利要求
1、一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的自動跟蹤式光伏發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括至少一個光信號變送器，通過串行網(wǎng)絡(luò)分別與每個Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)連接，用于檢測太陽光的強度和角度信號，同時根據(jù)太陽光強度檢測模塊的數(shù)據(jù)和Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)的時鐘數(shù)據(jù)來控制變送器的工作狀態(tài)；至少一個Zigee/GPRS網(wǎng)關(guān)，分別用于傳送各自區(qū)域內(nèi)的光伏發(fā)電站數(shù)據(jù)，同時通過獲得光信號變送器的數(shù)據(jù)，將光信號數(shù)據(jù)發(fā)送給區(qū)域內(nèi)的所有光伏發(fā)電裝置；至少一個帶有Zigbee子節(jié)點模塊的光伏發(fā)電裝置，通過Zigbee子節(jié)點模塊接收來自Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)的光信號數(shù)據(jù)來實現(xiàn)對太陽光的自動跟蹤；遠程監(jiān)控中心通過GPRS網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控來自Zigee/GPRS網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)，并且同步各光伏發(fā)電站Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)的時鐘數(shù)據(jù)；光伏發(fā)電裝置通過各自的Zigbee子節(jié)點模塊加入Zigbee網(wǎng)絡(luò)，接受來自Zigbee協(xié)調(diào)器模塊的光信號數(shù)據(jù)來調(diào)整光伏發(fā)電板的角度；網(wǎng)關(guān)控制模塊獲取光信號變送器的光信號數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送給Zigbee協(xié)調(diào)器模塊，同時又接收Zigbee協(xié)調(diào)器模塊采集的光伏發(fā)電站數(shù)據(jù)傳送給GPRS模塊；GPRS模塊將光伏發(fā)電站數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到遠程監(jiān)控中心進行集中管理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的光信號變送器包括一 個太陽光角度檢測模塊、 一個太陽光強度檢測模塊、 一個蓄電池控制模塊和一 個光檢測控制電路，其中-太陽光角度檢測模塊用于檢測太陽光的高度角和方位角，用于光伏發(fā)電裝 置的自動跟蹤；太陽光強度檢測模塊用于檢測太陽光的光強度，該數(shù)據(jù)配合時鐘數(shù)據(jù)用于 控制光信號變送器的工作狀態(tài)；蓄電池控制模塊用于為整個光信號變送器提供電源；光檢測控制電路通過各檢測模塊的數(shù)據(jù)和Zigee/GPRS網(wǎng)關(guān)的時鐘數(shù)據(jù)來對 光信號變送器進行控制。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)包 括一個蓄電池控制模塊、 一個外電源控制模塊、 一個人機界面模塊、 一個GPRS 模塊、 一個Zigbee協(xié)調(diào)器模塊和一個網(wǎng)關(guān)控制模塊，其中-蓄電池控制模塊和外電源控制模塊可以相互切換，以防止意外斷電時，實現(xiàn)雙電源控制；人機界面模塊用于用戶現(xiàn)場對各子光伏發(fā)電站的數(shù)據(jù)進行觀測和維護； GPRS模塊用于與遠程監(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)傳輸，對光伏發(fā)電站進行實時監(jiān)控；Zigbee協(xié)調(diào)器模塊為Zigbee網(wǎng)絡(luò)的Zigbee主機，用于廣播光信號數(shù)據(jù)給每 個光伏發(fā)電裝置，并且采集每個光伏發(fā)電裝置的工作參數(shù)。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的每個光伏發(fā)電裝置包 括一個光伏發(fā)電板、 一個蓄電池控制模塊、 一個Zigbee子節(jié)點模塊和一個轉(zhuǎn)動 裝置，其中光伏發(fā)電板用于采集太陽能，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能； 蓄電池控制模塊用于存儲太陽能轉(zhuǎn)換的電能，同時為光伏發(fā)電裝置供電； Zigbee子節(jié)點模塊用于與Zigbee網(wǎng)絡(luò)通訊，接受光信號數(shù)據(jù)，同時將光伏 發(fā)電裝置自身的工作參數(shù)反饋給Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)模塊；轉(zhuǎn)動裝置通過光信號數(shù)據(jù)調(diào)整光伏發(fā)電板的角度，對太陽光角度進行自動
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的自動跟蹤式光伏發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng)。該監(jiān)控系統(tǒng)包括獨立的光信號變送器獲取太陽光強度、太陽光角度數(shù)據(jù)；Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)獲取光信號變送器的數(shù)據(jù)，將光信號數(shù)據(jù)廣播發(fā)送到各光伏發(fā)電裝置，通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)收集光伏發(fā)電裝置的工作參數(shù)，用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到遠程監(jiān)控中心進行監(jiān)控；光伏發(fā)電裝置根據(jù)從Zigbee/GPRS網(wǎng)關(guān)得到的光信號數(shù)據(jù)調(diào)整各自的光伏發(fā)電板的角度和工作狀態(tài)，不需要單獨檢測光信號。通過本發(fā)明，能夠有效地減少光信號檢測機構(gòu)的數(shù)量，降低自動跟蹤式光伏發(fā)電裝置檢測光信號時的成本和能量消耗，采用Zigbee/GPRS網(wǎng)絡(luò)使光伏發(fā)電站的配置具有更好的靈活性，有利于分布式光伏發(fā)電站的集中管理。
文檔編號H02N6/00GK101674032SQ20091015338
公開日2010年3月17日 申請日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月19日
發(fā)明者吳志強, 江 楊, 胡赤鷹, 瓊 陳 申請人:浙江大學(xué)