一种多波段光伏组件积灰传感器及积灰监测系统的制作方法

本技术涉及光学测量设备，更具体涉及一种多波段光伏组件积灰传感器及积灰监测系统。

背景技术：

1、根据相关研究，光伏组件积灰(或污染)很容易造成每天超过1％的电力损失。

2、为此，市面上出现了参考光伏组件、光学积灰传感器和图像积灰监测系统等多种类型的光伏组件积灰污染比监测方案，以实现对光伏电站积灰污染比的监测，从而利用污染比数据估算积灰电力损失、优化电站清洁策略、降低运维成本和提升发电收益。其中，光学积灰传感器及监测系统具有性价比高、维护简单等特点，有广泛的应用价值。积灰污染比代表了光伏组件的洁净程度，根据iec61724-1：2021(光伏系统性能第1部分：监测)国际标准的定义，光伏组件积灰污染比(soiling ratio，sr)表示积灰光伏组件的最大功率pmax1与此光伏组件无灰尘遮蔽情况下的理论最大功率pmax2的比率(见公式1)或者积灰光伏组件的短路电流isc1与此光伏组件无灰尘遮蔽情况下的理论短路电流isc2的比率(见公式2)，sr的范围为0～1，当sr＝1时，表示光伏组件为洁净状态；当sr<1时，表示光伏组件有积灰，并且sr越小，表示积灰越多，电力损失越大；

3、公式1：sr＝pmax1/pmax2

4、公式2：sr＝isc1/isc2

5、其中，sr：表示积灰污染比；pmax2：表示积灰光伏电池片在无灰尘遮蔽情况下的理论最大功率；pmax1：表示积灰光伏电池片实况最大功率；isc1：表示积灰光伏电池片实况短路电流；isc2：表示光伏电池片在无灰尘遮蔽情况下的理论短路电流。

6、目前，市面上的光学积灰传感器及监测系统均采用单波长光波测量原理来估算光伏组件积灰污染比，即假定光伏组件积灰对投射到光伏组件上的整个太阳光谱具有相同的透射率分布。然而，真实情况是光伏组件积灰对太阳光谱透射率随着光波波长的增加而增加，即采用单波长光波探测积灰污染比会产生较大的观测误差。同时，在实际研究或应用中，需要对不同的积灰类型采取相应的防护策略或者清洁方案，而市面上积灰传感器均不具备积灰类型的识别功能。另外，市面上现有的相关设备缺少能够适应均匀积灰和非均匀积灰真实场景下光伏组件积灰污染比的校准系统。

7、现有专利公告号为cn208060337u的专利文献公开了一种可识别灰尘的双光源吸气式火灾探测装置，包括管接座、探测腔和信号分析电路板；采用双光源结构、相应检测腔内结构及信号分析电路板特定电路，通过不同直径的颗粒物对于不同波长的光线的散射效应的差异，从光学和电子学的角度上解决尘埃等细小颗粒物干扰的问题，不依赖于机械过滤装置，最大限度的避免了误判误报。

8、但该方案需要抽取空气进入检测模块内进行检测，同时也并非是对积灰进行检测。

技术实现思路

1、本实用新型所要解决的技术问题在于，如何提高光伏组件积灰污染比的检测精度。

2、利用多波段光波实现光伏组件积灰污染比的探测和积灰类型的在线探测，并实现适应均匀积灰和非均匀积灰真实场景下光伏组件积灰污染比的校准系统。

3、本实用新型通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种多波段光伏组件积灰传感器，其特征在于，包括外壳框架、玻璃面板、多波段光源、光发射和反馈电路板、光敏元件、主控电路、加热片，所述玻璃面板与外壳框架围合固定并形成一个密闭的腔体结构，所述多波段光源、光发射和反馈电路板、主控电路、加热片均固定于腔体内，且所述主控电路与多波段光源、光敏元件、光发射和反馈电路板、加热片电性连接，所述多波段光源用于发射多个波段的光波并致使其入射至玻璃面板，所述光敏元件用于接收各波段光波经过玻璃面板后的光强信号，所述主控电路上还设有温湿度传感器，所述光敏元件外侧均开设有接收光孔。

4、通过积灰传感器采用多波段光波实现对光伏组件积灰污染比的探测，可以探测光伏组件积灰对太阳光谱不同波段的变化，更符合真实的应用场景，而单波段技术需要假定光伏组件积灰对太阳整个光谱不同波段的影响是相同的，与真实应用场景相比，将产生较大的探测误差，因此多波段技术提高了积灰污染比的检测精度。

5、作为优选的技术方案，所述光敏元件包括入射光光敏元件和散射光光敏元件，所述入射光光敏元件和散射光光敏元件分别用于检测波长为λ的入射光强度和散射光强度，且均固定设于腔体内并与光发射和反馈电路板电性连接，所述多波段光源通过光发射和反馈电路板与入射光光敏元件固定，所述光发射和反馈电路板通过光接收电路板与散射光光敏元件相连，所述入射光的入射路径上安装有光反射和约束件，所述光反射和约束件用于调节多波段光源入射到入射光光敏元件上的光强，所述外壳框架上连接有航插，所述主控电路固定设于腔体底部内壁，所述外壳框架为圆柱体或立方体。

6、作为优选的技术方案，所述光敏元件还包括固定设于腔体内的反射光光敏元件，所述反射光光敏元件用于检测波长为λ的光波反射光强度，所述反射光光敏元件、散射光光敏元件用于区分灰尘类型。

7、作为优选的技术方案，所述光敏元件还包括位于腔体外的透射光光敏元件，所述透射光光敏元件与光发射和反馈电路板电性连接，所述透射光光敏元件用于检测波长为λ的光波透射光强度。

8、作为优选的技术方案，所述腔体内固定连接有第一连接架，所述多波段光源、入射光光敏元件、散射光光敏元件均与第一连接架固定连接，所述第一连接架上还开设有与入射光光敏元件、散射光光敏元件相适配的接收光孔，所述第一连接架还通过第二连接架与外壳框架内壁连接紧固。

9、一种积灰监测系统，包括积灰传感器、监测系统外壳框架、光伏电池片单元、背板温度传感器、监测系统主控电路、监测系统玻璃面板，所述监测系统主控电路与积灰传感器、光伏电池片、背板温度传感器电性连接，所述监测系统玻璃面板固定在监测系统外壳框架采样区域的端面，并与监测系统外壳框架围合形成一个密闭的腔体结构，所述监测系统玻璃面板底部固定有积灰传感器和光伏电池片单元，所述光伏电池片底部固定有背板温度传感器，所述积灰传感器固定设于监测系统外壳框架上，且用于测量积灰污染比，所述光伏电池片用于测量光伏电池片积灰污染比。

10、作为优选的技术方案，所述光伏电池片单元包括两组光伏电池片，所述监测系统主控电路上设有用于测量太阳能电池片最大功率的最大功率测量电路。

11、作为优选的技术方案，所述光伏电池片单元包括四组光伏电池片，所述四组光伏电池片分别位于积灰传感器两侧，且分别用于测量积灰传感器两侧的积灰污染比。

12、作为优选的技术方案，所述积灰传感器设置有多个，所述光伏电池片单元包括多组光伏电池片，多个所述积灰传感器分别设于监测系统面板的不同区域，各所述区域对应设置两组光伏电池片。

13、作为优选的技术方案，所述积灰检测系统还包括系统扩展接口，所述系统扩展接口与外部设备相连，所述外部设备包括雨感器或雨量传感器或雪深仪，所述积灰检测系统还包括蓝牙连接模块，所述蓝牙连接模块用于与移动终端通信连接。

14、本实用新型的优点在于：

15、(1)本实用新型中，通过积灰传感器采用多波段光波实现对光伏组件积灰污染比的探测，可以探测光伏组件积灰对太阳光谱不同波段的变化，更符合真实的应用场景，而单波段技术需要假定光伏组件积灰对太阳整个光谱不同波段的影响是相同的，与真实应用场景相比，将产生较大的探测误差，因此提高了积灰污染比的检测精度。

16、(2)本实用新型中，通过透射光光敏元件或入射光光敏元件及反射光光敏元件测得数据的结合，能够实现对积灰类型的识别和分类。

17、(3)本实用新型中，积灰监测系统通过设计一个积灰传感器或者多个积灰传感器，并独立采集每个积灰传感器的数据，以反映光伏组件不同局部的积灰情况，实现对均匀和非均匀等多种积灰场景下积灰污染比的高精度测量和成本控制。

18、(4)本实用新型中，积灰监测系统设置有多组独立采集的光伏电池片，支持特定光伏电池片对相应积灰传感器的独立校准，能够适应均匀积灰和非均匀积灰真实场景下光伏组件积灰污染比的校准，同时，不同于市场上同类产品，本实用新型积灰监测系统在校准过程中，无需清洁积灰传感器窗口，不会对正常的业务观测产生干扰。

19、(5)本实用新型中，积灰监测系统具备蓝牙等无线连接功能，可实现与具备相应连接功能的手机、电脑等终端直接建立无线连接，在现场通过app软件或者小程序对设备进行可视化的校准操作，并实时查看校准效果。

20、(6)本实用新型中，通过加热片等电加热组件的设置，可以对玻璃面板进行加热，防止积灰传感器窗区结露、霜、冰，也可以融化积灰传感器上方的积雪和加速水体蒸发，以保持积灰传感器采样窗区干燥，提高积灰污染比的探测精度。