专利名称：基于无线网络的自动跟踪式光伏发电站监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域和光伏发电领域，尤其涉及一种基于无线网络的 自动跟踪式光伏发电站监控系统。
背景技术：
随着石油价格的不断攀升，全球都在迫切寻找一种合适的替代能源。根据 美国能源部的报告，像风能、太阳能、地热能等这些能源的应用现在已经占到
全球能源使用量的4%以上，而且正在逐年攀升。目前，太阳能是其中发展最快 的可再生能源，它正在以每年60%的速度增长。因此，如何有效的开发利用太 阳能，就成为全球未来能源的焦点问题。
目前市场上的太阳能光伏发电方式有两种， 一种是光伏板固定式， 一种是 自动跟踪太阳能式。由于太阳光照射角度的动态变化，致使固定式光伏发电装 置对太阳的利用率较低，不能对太阳能进行最大限度的开发利用。自动跟踪式 光伏发电装置可以对太阳光照射角度进行跟踪，从而调整光伏板角度，确保光 伏板与太阳光成90度角，从而大大提高了太阳能的利用率。但是这同时又带来 了一个问题，就是光伏发电装置要实时来检测太阳光照射角度，这会导致系统 不停地调整光伏发电装置的旋转轴，这就需要消耗大量的能量，而且大大增加 了装置的成本，再加上光伏发电站的发电装置数量庞大，这对于能源和经济上 会造成很大的浪费。
此外，由于我国各地的地形复杂，太能能资源分布不均，而且太阳能光伏 发电站都是建造在野外，这就对光伏发电站的监控管理提出了很大的挑战。 因此，如何有效地实现对各光伏发电站的监控和集中管理、如何提高监控系统 的可靠性、如何降低系统的维护成本等就成为了严峻的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供基于无线网络的自动跟踪式光 伏发电站监控系统
基于无线网络的自动跟踪式光伏发电站监控系统包括
至少一个光信号变送器，通过串行网络分别与每个Zigbee/GPRS网关连接， 用于检测太阳光的强度和角度信号，同时根据太阳光强度检测模块的数据和 Zigbee/GPRS网关的时钟数据来控制变送器的工作状态；
至少一个Zigee/GPRS网关，分别用于传送各自区域内的光伏发电站数据，同时通过获得光信号变送器的数据，将光信号数据发送给区域内的所有光伏发
电装置；
至少一个带有Zigbee子节点模块的光伏发电装置，通过Zigbee子节点模块 接收来自Zigbee/GPRS网关的光信号数据来实现对太阳光的自动跟踪；
远程监控中心通过GPRS网络监控来自Zigee/GPRS网关的数据，并且同步 各光伏发电站Zigbee/GPRS网关的时钟数据。
光伏发电装置通过各自的Zigbee子节点模块加入Zigbee网络，接受来自 Zigbee协调器模块的光信号数据来调整光伏发电板的角度；网关控制模块获取 光信号变送器的光信号数据，将数据发送给Zigbee协调器模块，同时又接收 Zigbee协调器模块采集的光伏发电站数据传送给GPRS模±央；GPRS模块将光伏 发电站数据通过GPRS网络传送到远程监控中心进行集中管理。
所述的光信号变送器包括一个太阳光角度检测模块、 一个太阳光强度检测 模块、 一个蓄电池控制模块和一个光检测控制电路，其中
太阳光角度检测模块用于检测太阳光的高度角和方位角，用于光伏发电装 置的自动跟踪；
太阳光强度检测模块用于检测太阳光的光强度，该数据配合时钟数据用于 控制光信号变送器的工作状态；
蓄电池控制模块用于为整个光信号变送器提供电源；
光检测控制电路通过各检测模块的数据和Zigee/GPRS网关的时钟数据来对 光信号变送器进行控制。
所述的Zigbee/GPRS网关包括一个蓄电池控制模块、 一个外电源控制模块、 一个人机界面模块、 一个GPRS模块、 一个Zigbee协调器模块和一个网关控制 模块，其中
蓄电池控制模块和外电源控制模块可以相互切换，以防止意外断电时，实 现双电源控制；
人机界面模块用于用户现场对各子光伏发电站的数据进行观测和维护； GPRS模块用于与远程监控中心进行数据传输，对光伏发电站进行实时监
控；
Zigbee协调器模块为Zigbee网络的Zigbee主机，用于广播光信号数据给每 个光伏发电装置，并且采集每个光伏发电装置的工作参数。
所述的每个光伏发电装置包括一个光伏发电板、 一个蓄电池控制模块、一 个Zigbee子节点模块和一个转动装置，其中光伏发电板用于采集太阳能，将太阳能转换为电能；
蓄电池控制模块用于存储太阳能转换的电能，同时为光伏发电装置供电； Zigbee子节点模块用于与Zigbee网络通讯，接受光信号数据，同时将光伏 发电装置自身的工作参数反馈给Zigbee/GPRS网关模块；
转动装置通过光信号数据调整光伏发电板的角度，对太阳光角度进行自动
^艮足宗。
本发明与现有技术相比，具有有益效果，下面结合附图和实施方式对本发 明进行进一步详细描述。
图1是本发明提供的一种基于无线网络的自动跟踪式光伏发电站监控系统 的结构示意图2是本发明提供的一种基于无线网络的自动跟踪式光伏发电站监控系统 中的光信号变送器的结构示意图3是本发明提供的一种基于无线网络的自动跟踪式光伏发电站监控系统 中的Zigbee/GPRS网关的结构示意图4是本发明提供的一种基于无线网络的自动跟踪式光伏发电站监控系统 中的光伏发电装置的结构示意图。
具体实施例方式
如图l所示，基于无线网络的自动跟踪式光伏发电站监控系统包括
至少一个光信号变送器102，通过串行网络分别与每个Zigbee/GPRS网关 103连接，用于检测太阳光的强度和角度信号，同时根据太阳光强度检测模块 1023的数据和Zigbee/GPRS网关103的时钟数据来控制变送器的工作状态；
至少一个Zigee/GPRS网关103，分别用于传送各自区域内的光伏发电站数 据，同时通过获得光信号变送器102的数据，将光信号数据发送给区域内的所 有光伏发电装置104;
至少一个带有Zigbee子节点模块1042的光伏发电装置104，通过Zigbee 子节点模块1042接收来自Zigbee/GPRS网关103的光信号数据来实现对太阳光 的自动跟踪；
远程监控中心101通过GPRS网络监控来自Zigee/GPRS网关103的数据， 并且同步各光伏发电站Zigbee/GPRS网关103的时钟数据。
每个Zigbee/GPRS网关103配备一个光信号变送器102，通过Zigbee/GPRS 网关103将光信号数据广播传送给一个区域内所有的光伏发电装置104，这样就可以使一个子光伏发电站仅使用一个光信号变送器102就可以实现所有光伏发 电装置104对太阳光角度的自动跟踪，这样就较少了光伏发电站光信号检测机 构的数量，有效地降低检测太阳光角度时的能量消耗和成本。
Zigbee协调器模块1033用于将收集到的光信号数据广播传送到个光伏发电 装置104的Zigbee子节点模块1042上，用于光伏发电装置104实现自动跟踪太 阳光，同时Zigbee协调器模块1033收集Zigbee子节点模块1042上的工作参数， 网关控制电路1031将工作参数转换成GPRS格式，再通过GPRS模块1032传 送到远程监控中心101用于实现集中管理。
需要说明的是，具有GPRS功能的其他设备，比如PDA、笔记本电脑等通 过一定的系统认证后也可以作为远程监控中心101接收来自Zigbee/GPRS网关 103的数据。
如图2所示，光信号变送器102包括一个太阳光角度检测模块1022、 一个 太阳光强度检测模块1023、 一个蓄电池控制模块1024和一个光检测控制电路 1021，其中
太阳光角度检测模块1022用于检测太阳光的高度角和方位角，用于光伏发 电装置104的自动跟踪；
太阳光强度检测模块1023用于检测太阳光的光强度，该数据配合时钟数据 用于控制光信号变送器102的工作状态；
蓄电池控制模块1024用于为整个光信号变送器102提供电源；
光检测控制电路1021通过各检测模块的数据和Zigee/GPRS网关103的时 钟数据来对光信号变送器102进行控制。
太阳光强度检测模块1023用于检测当地的太阳光强度，用于判断当地的天 气状况，同时光信号变送器102从Zigbee/GPRS网关103获取时间信息，根据 时间信息和太阳光强度信息来决定是否开启太阳光角度检测模块1022。当太阳 光角度大于光伏板的可转换限值时，开启太阳角度检测模块1022，并且把检测 到的太阳光角度信息通过串行网络传送给Zigbee/GPRS网关103;当太阳光角度 低于光伏板的可转换限值时，关闭太阳光角度检测模块1023，节省电能。
如图3所示，Zigbee/GPRS网关103包括一个蓄电池控制模块1034、 一个 外电源控制模块1035、 一个人机界面模块1036、 一个GPRS模块1032、 一个 Zigbee协调器模块1033和一个网关控制模块1031，其中
蓄电池控制模块1034和外电源控制模块1035可以相互切换，以防止意外 断电时，实现双电源控制；
7人机界面模块1036用于用户现场对各子光伏发电站的数据进行观测和维
护；
GPRS模块1032用于与远程监控中心101进行数据传输，对光伏发电站进 行实时监控；
Zigbee协调器模块1033为Zigbee网络的Zigbee主机，用于广播光信号数 据给每个光伏发电装置104，并且采集每个光伏发电装置104的工作参数。
如图4所示，每个光伏发电装置104包括一个光伏发电板1043、 一个蓄电 池控制模块1044、 一个Zigbee子节点模块1042和一个转动装置1041，其中
光伏发电板1043用于采集太阳能，将太阳能转换为电能；
蓄电池控制模块1044用于存储太阳能转换的电能，同时为光伏发电装置104 供电；
Zigbee子节点模块1042用于与Zigbee网络通讯，接受光信号数据，同时将 光伏发电装置104自身的工作参数反馈给Zigbee/GPRS网关模块103;
转动装置1041通过光信号数据调整光伏发电板1043的角度，对太阳光角 度进行自动跟踪。
为了能保证Zigbee/GPRS网关103能够长时间正常工作，正确实现数据传 输和采集，参见图3， Zigbee/GPRS网关103还包括一个蓄电池控制模块1034 和外电源控制模块1035，以防止意外断电，实现双电源控制，而且包括一个人 机界面1036，可以用于光伏发电站现场数据的观测。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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权利要求
1、一种基于无线网络的自动跟踪式光伏发电站监控系统，其特征在于，包括至少一个光信号变送器，通过串行网络分别与每个Zigbee/GPRS网关连接，用于检测太阳光的强度和角度信号，同时根据太阳光强度检测模块的数据和Zigbee/GPRS网关的时钟数据来控制变送器的工作状态；至少一个Zigee/GPRS网关，分别用于传送各自区域内的光伏发电站数据，同时通过获得光信号变送器的数据，将光信号数据发送给区域内的所有光伏发电装置；至少一个带有Zigbee子节点模块的光伏发电装置，通过Zigbee子节点模块接收来自Zigbee/GPRS网关的光信号数据来实现对太阳光的自动跟踪；远程监控中心通过GPRS网络监控来自Zigee/GPRS网关的数据，并且同步各光伏发电站Zigbee/GPRS网关的时钟数据；光伏发电装置通过各自的Zigbee子节点模块加入Zigbee网络，接受来自Zigbee协调器模块的光信号数据来调整光伏发电板的角度；网关控制模块获取光信号变送器的光信号数据，将数据发送给Zigbee协调器模块，同时又接收Zigbee协调器模块采集的光伏发电站数据传送给GPRS模块；GPRS模块将光伏发电站数据通过GPRS网络传送到远程监控中心进行集中管理。
2、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的光信号变送器包括一 个太阳光角度检测模块、 一个太阳光强度检测模块、 一个蓄电池控制模块和一 个光检测控制电路，其中-太阳光角度检测模块用于检测太阳光的高度角和方位角，用于光伏发电装 置的自动跟踪；太阳光强度检测模块用于检测太阳光的光强度，该数据配合时钟数据用于 控制光信号变送器的工作状态；蓄电池控制模块用于为整个光信号变送器提供电源；光检测控制电路通过各检测模块的数据和Zigee/GPRS网关的时钟数据来对 光信号变送器进行控制。
3、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的Zigbee/GPRS网关包 括一个蓄电池控制模块、 一个外电源控制模块、 一个人机界面模块、 一个GPRS 模块、 一个Zigbee协调器模块和一个网关控制模块，其中-蓄电池控制模块和外电源控制模块可以相互切换，以防止意外断电时，实现双电源控制；人机界面模块用于用户现场对各子光伏发电站的数据进行观测和维护； GPRS模块用于与远程监控中心进行数据传输，对光伏发电站进行实时监控；Zigbee协调器模块为Zigbee网络的Zigbee主机，用于广播光信号数据给每 个光伏发电装置，并且采集每个光伏发电装置的工作参数。
4、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的每个光伏发电装置包 括一个光伏发电板、 一个蓄电池控制模块、 一个Zigbee子节点模块和一个转动 装置，其中光伏发电板用于采集太阳能，将太阳能转换为电能； 蓄电池控制模块用于存储太阳能转换的电能，同时为光伏发电装置供电； Zigbee子节点模块用于与Zigbee网络通讯，接受光信号数据，同时将光伏 发电装置自身的工作参数反馈给Zigbee/GPRS网关模块；转动装置通过光信号数据调整光伏发电板的角度，对太阳光角度进行自动
全文摘要
本发明公开了一种基于无线网络的自动跟踪式光伏发电站监控系统。该监控系统包括独立的光信号变送器获取太阳光强度、太阳光角度数据；Zigbee/GPRS网关获取光信号变送器的数据，将光信号数据广播发送到各光伏发电装置，通过Zigbee网络收集光伏发电装置的工作参数，用GPRS网络传送到远程监控中心进行监控；光伏发电装置根据从Zigbee/GPRS网关得到的光信号数据调整各自的光伏发电板的角度和工作状态，不需要单独检测光信号。通过本发明，能够有效地减少光信号检测机构的数量，降低自动跟踪式光伏发电装置检测光信号时的成本和能量消耗，采用Zigbee/GPRS网络使光伏发电站的配置具有更好的灵活性，有利于分布式光伏发电站的集中管理。
文档编号H02N6/00GK101674032SQ20091015338
公开日2010年3月17日 申请日期2009年10月19日 优先权日2009年10月19日
发明者吴志强, 江 杨, 胡赤鹰, 琼 陈 申请人:浙江大学