光伏产业中的传感器探讨论文

发布时间：2014-06-18 23:59:09 来源：文档文库

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《自动检测与传感器技术》

光伏产业中的传感器探讨

系别：机电工程系

专业：光伏材料加工与应用技术

班级：12级光伏（1）班

学号：20121462

姓名：张亮

光伏产业中的传感器探讨

引言

随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，新能源的研发尤为重要，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展，这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。在利用太阳能发电的方案中，光伏发电正在逐渐兴起，传统的测量控制系统已经无法满足科技日新月异的节奏，本文中的众多传感器在现代光伏产业中起到了举足轻重的作用，减轻了人力的浪费，方便统一管理，实施监控以获得实时的参数，对光伏的生产、课题研究提供最有效的帮助。本文涉及到的各类传感器，全方位监测，以实现自动检测控制的目的，方法简单有效。

关键字：温度传感器、湿度传感器、追日传感器、风向传感器、风速传感器、日照时数传感器、霍尔电流传感器

1.温度传感器

温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。温度传感器热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。温度传感器热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造温度传感器热电阻。

温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段：一是传统的分立式温度传感器（含敏感元件），主要是能够进行非电量和电量之间转换。二是模拟集成温度传感器/控制器。三是智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式想数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展。

温度传感器按传感器与被测介质的接触方式可分为两大类：一类是接触式温度传感器，一类是非接触式温度传感器。

温度传感器在光伏系统中是不可缺少的，有了它将会自动检测太阳电池板的温度、空气温度，为系统提供最准确数据，通常与它匹配使用的还有下面介绍的湿度传感器。

2.湿度传感器

湿度传感器，分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件。利用湿敏元件的电器特性随温度的变化而变化的原理进行测量。

3.追日传感器

追日传感系统主要由4个光敏电阻，俯仰角跟踪电路，方位角跟踪电路和驱动电路组成。由于该结构成对称组态，故当追日传感器正对太阳时，4个光敏传感器阻值相同。当该装置于太阳成一定角度时，由于遮光板会遮挡住太阳光，使得左右或上下的光敏传感器阻值产生偏差产生差分信号。

只要传感器没有正对太阳，由于挡光系统的作用，必会引起光敏传感器阻值产生偏差，因而引起的东西跟踪信号或是上下跟踪信号被送如到驱动电路中，使得电机发生相应的跟踪行为，达到跟踪的目的。当一次跟踪动作完成时，追日传感器正对太阳，光敏传感器阻值相同，没有发出差分信号，跟踪正确。等待太阳移动一定角度是载进行下一次跟踪。

追日传感模块可以安装在太阳能跟踪系统中，让整个机构对太阳进行跟踪，以更有效地将太阳能转化为热能，机械能，电能和化学能。其中，光能热能化利用最为广泛，开发最为普遍。本装置也可应用在家庭，为家庭提供绿色能源，或是应用在大型光伏电厂。现在，太阳能光能的应用也正在慢慢兴起，即太阳能照明系统。该系统通过追日传感器对太阳进行跟踪，再由光纤引入太阳光，对相应场所进行照明，比如地下室太阳能光能照明系统。因此，这种照明是一种环保节能的照明方式，可以有效减少化石燃料的使用，减少温室气体的排放，保护地球环境。同时该传感器也可以应用在普通光源跟踪器而应用在其它方面。

4.风向传感器

风向传感器，是一种以风向箭头的转动探测、感受外界的风向信息，并将其传递给同轴码盘，同时输出对应风向相关数值的物理装置。风向传感器由风杯、传感器主体、电路模块、传输电缆等装置构成。可测量室外环境中的近地风向，按工作原理可分为光电式、电压式和罗盘式等。

风向传感器体积小、重量轻，便于野外携带和组装；系统采用低功耗环保节能设计和数字处理技术，检测精度高；量程宽，稳定性好；数据信息显示线性度高，信号传输距离长，抗外界干扰能力强；结构设计合理，可准确定位。

5.风速传感器

风速传感器风速、风量（风量=风速x横截面积）大小，能够对风速风量进行实时显示，是通风安全参数测量的重要仪表。在光伏系统中，风速传感器对太阳能发电站的电池板进行控制（主要运用于高倍聚光、双轴跟踪等），在风力超过一定值以后，转动电池板，使之不被破坏。

一个优质的风速传感器应具备以下特点：自动调节零点功能；自动调节灵敏度功能；就地显示测量值；声光报警功能；稳定性好。

6.日照时数传感器

日照时数传感器由高透光学玻璃罩、感光元件、信号处理电路、时钟运算电路、表体等部分组成。经过校正的辐射感光元件将环境中的辐射值传递给传感器内部的信号处理电路，处理器一旦判断信号大于120W/m2即开始计时，计时为累加方式，直至当天24点时刻后自动清零。在此期间，外界可随时向传感器获取累计日照时数值。

设备特点：集成实时时钟，可通过数据线自动校时；低功耗设计，一次更换电池最低使用1年；可选模拟电压/电流、PWM或RS485信号输出。

7.霍尔电流传感器

光伏作为清洁能源，具有低污染、高效率等优点，电流电压传感器作为核心检测元器件，在光伏整体发电的过程起到至关重要的作用。基于霍尔闭环原理的电流传感器在光伏汇流箱中的基本应用，针对光伏阵列中的每一块电池板的电流进行监测，及时发现“鸟粪效应”，并且使电站维护人员尽快对电池板进行调整，尽可能的是电池板的效应最大化。

霍尔传感器不论是开环还是闭环原理，基本的性能区别不大，基本的优点在于：响应时间快、低温漂、精度高、体积小、频带宽、抗干扰能力强、过载能力强。

PCB霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理，即闭环原理，当原边电流IP产生的磁通通过高品质磁芯集中在磁路中，霍尔元件固定在气隙中检测磁通，通过绕在磁芯上的多匝线圈输出反向的补偿电流，用于抵消原边IP产生的磁通，使得磁路中磁通始终保持为零。经过特殊电路的处理，传感器的输出端能够输出精确反映原边电流的电流变化。

霍尔电流传感器具备以下一些特点：采用镀金焊针，在高潮湿及高温氧化条件下具有导电性好，抗氧化能力强的特点；采用闭环霍尔原理，具有精度高，响应时间快的特点；体积小，低温漂，故障率低。

由于成本的问题，传统的光伏汇流箱是不需要霍尔电流传感器来对电池板的电流进行监测的，但是随着光伏系统的不断完善，对于电池板的电流进行监测也相应的增加。JCE15-TSNP系列霍尔电流传感器是对每一路的光伏电池板电流进行监测，按照光伏汇流箱分4路、6路、8路、12路、16路等，电流传感器也按照路数相对应进行匹配，霍尔电流传感器采用单电源+5V供电，输出信号是2.5V±0.625V,输出的信号给信号采集装置，转换成RS485信号，然后再准换成RS232信号，最终送到监控室。