用于光伏发电板表面去除冰雪的电加热系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及防除冰领域，尤其涉及一种用于光伏发电板表面除冰、除雪的电加热系统。


背景技术：

2.我国南北跨度大，在北方地区，特别是幅员辽阔的内蒙地区，光伏发电板在降雪和冻雨天气运行时表面会产生积冰/积雪，大幅降低影响发电效率。不同于飞机、高压电缆、风力机结冰，光伏板表面积冰/积雪不会危害设备安全，但光伏发电板表面积冰/积雪只在有太阳光照的时间段影响发电效率，故需要系统具有自动开启/关闭冰雪监测及除冰、除雪装置的能力。


技术实现要素：

3.发明目的：本发明所要解决的技术问题是降低太阳能光伏发电板表面积冰/积雪对其发电效率的影响，提供一种用于光伏发电版表面除冰、除雪的电加热系统。
4.技术方案：本技术提供一种用于光伏发电板表面去除冰雪的电加热系统，所述加热系统包括：光伏板，电加热膜，保温层，蓄电池，传感器以及控制系统；其中，电加热膜铺设于光伏板下侧，保温层铺设于电加热膜下方；蓄电池与光伏板相连，所述蓄电池的电能来自太阳能光伏发电板，所述蓄电池与控制系统相连；蓄电池受控制系统控制为电加热膜供电用于融化光伏板上积冰、积雪；所述控制系统包含时间数据库模块、温度采集模块、电流监测模块、冰雪监测模块以及电加热控制模块构成，通过传感器采集到的数据对光伏板上积冰、积雪情况进行监测、分析并给出相应指令控制电加热去除冰雪系统。
5.进一步的，所述传感器包含温度传感器、电流传感器以及冰雪监测传感器，所述温度传感器包含环境温度传感器，光伏板表面温度传感器以及电加热膜温度传感器；所述电流传感器采集光伏板发电电流信号；所述冰雪监测传感器分布在光伏板表面的边缘处，用于对光伏板表面冰雪监测点电阻信号。
6.进一步的，所述加热系统包含至少2个蓄电池，全部蓄电池均与光伏板相连，用于储存电能，其中第一蓄电池还用于与控制系统以及传感器相连，用于给控制系统以及传感器供电；第二蓄电池与控制系统相连，用于接收控制系统的控制信号，第二蓄电池还与电加热膜相连，用于控制电加热膜加热。
7.更进一步的，所述冰雪监测传感器的布置结构为：所述加热系统包括n组检测点，光伏板中间区域以交叉布置形式设置，在光伏板顶
部与底部以倾斜布置的形式设置。
8.本技术还提供上述用于光伏发电板表面去除冰雪的电加热系统控制方法，所述控制方法基于上述加热系统，所述控制方法包括：采集传感器的数据信息；根据光伏板表面温度、以及冰雪监测传感器获取的电阻信号得到光伏板表面积雪、积冰情况；根据所述光伏板表面积雪、积冰情况控制蓄电池为电加热膜供电用于融化光伏板上积冰、积雪。
9.进一步的，所述根据光伏板表面温度、以及冰雪监测传感器获取的电阻信号得到光伏板表面积雪、积冰情况具体为：当光伏板表面温度t2＜0℃时，若有一对冰雪监测传感器中间有积冰、积雪时导通，电阻为0，此时判断表面有积冰、积雪；若有一对冰雪监测传感器之间电阻无穷大，则为冰雪融化脱离光伏板；所述电加热系统包含多组冰雪监测传感器，当显示有积冰、积雪的冰雪监测传感器超过设定数量时，认为光伏板表面存在积冰、积雪。
10.进一步的，所述传感器包含温度传感器、电流传感器以及冰雪监测传感器，所述温度传感器包含环境温度传感器，光伏板表面温度传感器以及电加热膜温度传感器；所述采集传感器的数据信息具体为：采集环境温度，光伏板表面温度以及电加热膜温度；采集光伏板发电电流信号；采集光伏板表面冰雪监测点电阻信号。
11.更进一步的，根据所述光伏板表面积雪、积冰情况控制蓄电池为电加热膜供电用于融化光伏板上积冰、积雪具体为：蓄电池与控制系统相连，用于接收控制系统的控制信号，蓄电池还与电加热膜相连，用于控制电加热膜加热。
12.有益效果本技术电加热系统，具备自动运行、自动监测积冰/积雪、除冰自动启动及关闭等功能：公开的用于光伏发电板表面除冰、除雪的电加热系统可在全年范围内，利用少部分自身发电电能自动对蓄电池进行充电，并在有可能产生积冰/积雪的天气中不完全依赖地方气象部门的预报，定时监测太阳能光伏发电板表面积冰/积雪情况，完成相应的除冰工作。本发明可降低太阳能光伏发电板表面积冰/积雪对其发电效率的影响，提高能源利用率，应用前景客观。
附图说明
13.图1为用于光伏发电板表面去除冰雪的电加热系统示意图；图2为冰/雪监测点布置示意图；图3为系统运行示意图。
具体实施方案
14.实施例1本实施例为一种用于光伏发电板表面去除冰雪的电加热系统，所述加热系统包括：光伏板，电加热膜，保温层，蓄电池，传感器以及控制系统；其中，电加热膜铺设于光伏板下侧，保温层铺设于电加热膜下方；蓄电池与光伏板相连，所述蓄电池的电能来自太阳能光伏发电板，所述蓄电池与控制系统相连；蓄电池受控制系统控制为电加热膜供电用于融化光伏板上积冰、积雪；所述控制系统包含时间数据库模块、温度采集模块、电流监测模块、冰雪监测模块以及电加热控制模块构成，通过传感器采集到的数据对光伏板上积冰、积雪情况进行监测、分析并给出相应指令控制电加热去除冰雪系统。
15.进一步的，所述传感器包含温度传感器、电流传感器以及冰雪监测传感器，所述温度传感器包含环境温度传感器，光伏板表面温度传感器以及电加热膜温度传感器；所述电流传感器采集光伏板发电电流信号；所述冰雪监测传感器分布在光伏板表面的边缘处，用于对光伏板表面冰雪监测点电阻信号。
16.进一步的，所述加热系统包含至少2个蓄电池，全部蓄电池均与光伏板相连，用于储存电能，其中第一蓄电池还用于与控制系统以及传感器相连，用于给控制系统以及传感器供电；第二蓄电池与控制系统相连，用于接收控制系统的控制信号，第二蓄电池还与电加热膜相连，用于控制电加热膜加热。
17.如图1所示，本发明提出的电加热系统由加热膜，保温层，蓄电池，传感器以及控制系统组成，其中：电加热膜铺设于光伏板下侧，保温层铺设于电加热膜下方以使电加热膜产生的热量仅向光伏板侧传递，提高能量利用率。蓄电池的电能来自太阳能光伏发电板，其中蓄电池1为控制系统供电，全年结冰/降雪期前开启；蓄电池2受控制系统控制为电加热膜供电用于融化光伏板上积冰/积雪。控制系统由时间数据库模块、温度采集模块、电流监测模块、冰雪监测模块以及电加热控制模块构成，通过各类传感器采集的数据对光伏板上积冰/积雪情况进行监测、分析并给出相应指令控制电加热除冰/雪系统。电加热系统示意图由所示。
18.图中t1为环境温度，t2为光伏板表面温度，t3为电加热膜温度；i为光伏板发电电流信号，用于评估日间光照强度，间接判断天气情况；r为表面冰雪监测点电阻信号。冰雪监测模块表面监测点布置如图 2所示。
19.冰雪监测传感器安装在检测点上，检测点的布局如图 2所示，本实施例提供n组检测点，每一组包含3对成对布置的检测点，a-a’，b-b’，c-c’分别为一对监测点，横向布置在光伏发电板表面且布置范围覆盖整个表面；其中b-b’与c-c’的交叉布置形式可设置于光伏板中间区域，对于北方地区带有倾角的光伏发电板，受重力作用此区域积冰/雪概率较大且范围连续，采用交叉形式布置可以在使用监测点数目更少的情况下获得同样可靠的监测效果，提升监测效率；a-a’布置形式可设置于倾斜光伏板顶部与底部等积冰/雪范围变化细微处，获取更为精细的光伏板表面冰雪覆盖范围。
20.上述电加热系统，具备自动运行、自动监测积冰/积雪、除冰自动启动及关闭等功能。公开的用于光伏发电板表面除冰、除雪的电加热系统可在全年范围内，利用少部分自身发电电能自动对蓄电池进行充电，并在有可能产生积冰/积雪的天气中不完全依赖地方气象部门的预报，定时监测太阳能光伏发电板表面积冰/积雪情况，完成相应的除冰工作。本发明可降低太阳能光伏发电板表面积冰/积雪对其发电效率的影响，提高能源利用率，应用前景客观。
21.实施例2本技术还提供上述用于光伏发电板表面去除冰雪的电加热系统控制方法，所述控制方法包括：采集传感器的数据信息；根据光伏板表面温度、以及冰雪监测传感器获取的电阻信号得到光伏板表面积雪、积冰情况；根据所述光伏板表面积雪、积冰情况控制蓄电池为电加热膜供电用于融化光伏板上积冰、积雪。
22.进一步的，所述根据光伏板表面温度、以及冰雪监测传感器获取的电阻信号得到光伏板表面积雪、积冰情况具体为：当光伏板表面温度t2＜0℃时，若有一对冰雪监测传感器中间有积冰、积雪时导通，电阻为0，此时判断表面有积冰、积雪；若有一对冰雪监测传感器之间电阻无穷大，则为冰雪融化脱离光伏板；所述电加热系统包含多组冰雪监测传感器，当显示有积冰、积雪的冰雪监测传感器超过设定数量时，认为光伏板表面存在积冰、积雪。
23.更进一步的，根据所述光伏板表面积雪、积冰情况控制蓄电池为电加热膜供电用于融化光伏板上积冰、积雪具体为：蓄电池与控制系统相连，用于接收控制系统的控制信号，蓄电池还与电加热膜相连，用于控制电加热膜加热。
24.如图3所示，当光伏板表面温度t2＜0℃时，若一对监测点中间有积冰/雪时导通，电阻为0，此时判断表面有积冰/雪；若冰雪融化脱离光伏板时一对监测点之间电阻无穷大。设置多对监测点，当一对监测点中间区域有积冰/雪覆盖，则此处电路导通，监测点阻值r为0。冰雪监测点的布置与光伏板上面积区域相对应，则每对冰雪监测点阻值的变化对应于光伏板表面不同区域的积冰/雪情况，通过各监测点、监测对的阻值情况可以反推表面冰雪位置。当60%的监测点显示有积冰/积雪时认为光伏板表面存在积冰/积雪，并可通过监测点阻值判断积冰/雪的位置，开启电加热除冰系统电源直至表面积冰/积雪完全融化。
25.本实施例提供的控制方法冰雪检测点组织r与光伏板表面温度t2协同，可规避光伏板表面潮湿覆沙造成的系统误判。在实际情况中，光伏板表面可能存在其他异物导电造成除冰雪系统误判。而积冰/积雪区别于其他异物最为直观的特征就是光伏板表面温度，只有当表面温度低于0℃时才有可能出现积冰/积雪问题，此时开启冰雪监测系统进行勘测是准确的。因此在满足光伏板表面温度t2＜0℃时，进一步考虑监测点阻值变化，确定光伏板表面积冰/积雪情况。冰雪监测点阻值r与光伏板表面温度t2协同分析可规避光伏板表面潮湿覆沙造成的系统误判。
26.故系统运行示意图如图3所示：控制系统中的时间数据库模块中包含地区全年结冰/降雪期以及日出日落数据：1.当时钟信号显示处于非结冰/降雪期时，控制系统冰雪监测频率为每月两次，监测时间为上午10点，测完即关闭。
27.2.当时钟信号显示临近结冰期并且温度传感器t1监测日间最高气温小于10℃时，开启蓄电池2充电过程，冰雪监测频率改为每天三次，监测时间为日出时钟前1小时，日落时刻关闭；t1监测日间最高气温大于10℃时，冰雪监测频率每天两侧。
28.3.当时钟信号显示处于结冰期时，保持蓄电池2充电以及监测时间不变，冰雪监测频率改为随光伏板发电电流信号i变化：首先保持日出前一小时的开机冰雪监测，并执行相应的除冰指令；完成首次检测后，持续监测电流信号i，若i小于设定值is，则认为是阴天，光伏板发电能力低，开启冰雪监测系统与电加热除冰/雪系统并不能改善其发电情况，关闭冰雪监测模块，待i大于设定值is时，监测频率为每小时一次。日落时刻关闭系统。