采用NI Labview和CompactRIO软件监控光伏阵列发电研究

 研究背景：

马来西亚政府正努力实现能源独立，并促进有效利用可再生能源资源。可再生能源在热带气候下的一个关键来源就是丰富、免费的阳光，而它可以通过光伏效应发电。聚光镜元件和跟踪机制已经被广泛研究，并应用于太阳能光伏技术。这种方法的主要目标是增加每天的光伏发电量，尽管太阳辐照量是波动的，而这又是光伏发电的唯一能量来源。

这项研究在马来西亚雪兰莪州沙登地区开始，研究采用镜面聚光和跟踪机制安装光伏阵列，并与一个只配备双轴跟踪装置的光伏阵列（TF）和一个参考的固定光伏阵列（FF）比较它们的性能提升程度。赤道地区环境的特点是有均匀的温度、光照、湿度大、雨量充沛，一般风不大，在这里研究采集了10个月的样本。研究使用NI LabVIEW软件和NI CompactRIO平台监测、记录、分析实时数据。根据对每个阵列标准测试条件下（ STC）的数据，我们分析了镜面反射单元和跟踪机制对发电的贡献。研究发现如果聚光光伏阵列表面温升超过12 °C时， 会有24 ％的不良事件。参考这些信息，研究对安装在热带地区的光伏阵列设计配置参数。

现场安装

在2011年9月（图1 ）研究项目成功地在沙登雪兰莪州安装了10个光伏阵列。光伏阵列中CEEG单晶95W组件串联连接，以满足30并网的要求。该中试装置包括以下要素：
• 六个聚光光伏（ CPV ）发电系统
• 两个跟踪平台（TF）太阳能光伏发电系统
• 两个固定平板（ FF ）光伏（ FF ）发电机系统
• 一个Stevens Met Station, 一个气象站
• 一个Apogee测试仪（辐射强度计）
• 一个Xylem全球雨水斗
• 一个Photasgard AHKF光强传感器
• 一个安装在光伏组件顶部和下方的K型热电偶

数据采集与​监控系统设置：

图2是太阳能光伏监测系统的实时目标系统配置和数据流。由于CompactRIO系统的模块化特性，我们可以很容易地将信号，如RS- 485串口，电流（ 4〜 -20毫安）和高压信号集成到同一平台进行数据记录和数据流分析。此外，我们还可以收集和同步光伏电池板产生的功率数据、环境数据、PV板的表面温度。

我们的CompactRIO系统编程能自动测量和记录每一天从早上7点发生到下午7点实时事件的数据。该系统可以独立工作，并在我们每次连接PC和系统时进行数据传送。我们的LabVIEW实时程序包括以下方面：

• CompactRIO系统与主机PC之间的交互通信模块
• 一个从各传感器和站采集数据的数据采集模块
• 一个数据记录和数据流模块，用于从CompactRIO系统传送数据到PC主机
• 系统安全预防用自动重启功能而设置的重启模块

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聚光镜和跟踪系统

聚光镜是一种独特的在单位面积内提高光伏组件功率输出的方法。聚光光伏系统可以使用较少的电池材料，还利用相对便宜的材料，如塑料或玻璃透镜来捕捉照射在一个相当大区域的太阳能，并将能量聚集于一个较小的安装有PV组件的区域。这种方法的优势在于降低了半导体材料的使用，这在太阳光发电系统的是比较昂贵的部件。光伏阵列跟踪系统是指着通过自适应控制和错误纠正算法运行的双轴跟踪系统。

结果与讨论

图3给出了STC条件下65组数据样本（与现场测量允许5 ％的偏差），反映出反射镜聚光器和跟踪机制的功率贡献。为期63天的测量中，从每个光伏阵列产生的总电量为固定阵列（FF）53.0千瓦，跟踪系统这列（TF）58.5千瓦，CPV系统38.2千瓦 。

我们的计算分析表明，双轴跟踪系统比固定系统多发出高达5,485 W 或总电量的9.4 ％。在整个采样周期中双轴跟踪系统的贡献似乎不稳定，有时甚至有快速的波动。这种情况和更加稳定和一致的镜面反射是一致的。在TF PV系统中，聚光镜元件对发电量的贡献约占CPV阵列发电量的8,929 W或总电量23.4％ 。从镜面反射的高贡献是由于表面温度（表1）的增加。

CompactRIO系统的模块化特性结合LabVIEW的强大功能提供了一个可扩展的系统，我们可以在未来进一步改善。我们计划将网络监控功能添加到系统中，通过Android平台来查看结果。有了这个功能，研究人员可以从任何地方通过Web浏览器来监控数据。我们还计划讲财务分析添加到报告系统中，以突显马来西亚国会认可的光伏上网电价（ FIT）。我们可以将LabVIEW数据记录和监控（DSC ）模块转换成研究成果的专业演示文稿。

我们的系统使用CompactRIO监控平台，也可以将其扩展用于控制跟踪聚光光伏系统。只需使用一个平台从而简化了一个完整的太阳能站系统。

强大的模块特性，灵活的性能

强大的、模块化的CompactRIO硬件和LabVIEW软件证明它是分析太阳能光伏性能的热带环境影响的最佳方法。我们很容易地为我们的系统集成了大部分的传感器，广泛适用于CompactRIO平台模块。数据同步是一个重要组成部分，在本研究中，我们需要研究和分析不同的阵列配置和环境数据、PV输出、IV曲线之间的关系。我们用CompactRIO和LabVIEW 解决了这个挑战。

目前太阳能光伏的研究还在进行，以确定在马来西亚的气候条件下它是否是最好的能量来源。当研究方法变化时，我们可以在现成的、现有仪器上展开和修改我们灵活的系统，节省时间和金钱。