基于无线传感器网络的分布式智能光伏发电系统及关键技术

成果基本信息
关键词：	太阳能电池组件;无线传感器网络;分布式;光伏发电系统
成果类别：		技术成熟度：
体现形式（基础理论类）：		体现形式（应用技术类）：	无
成果登记号：	EK2016A010037000120	资源采集日期：	2017-02-20

研究情况
单位名称：	湖北民族学院	技术水平：
评价证书号：	鄂科鉴字[2016]04101029	评价单位：	湖北省科学技术厅
评价日期：	2016.02.03	评价证书号：	鄂科鉴字[2016]04101029

转化情况
转让范围：		推广形式：	无
已转让企业数（个）：	0

联系方式
联系人（平台）：	玉女士	联系人（平台）电话：	0771-5885053
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成果简介
课题来源：　　①科技部科技型中小企业技术创新基金，项目名称：智能型太阳能电池组件产业化，项目编号：12C26214204505。　　②湖北省自然科学基金，项目名称：基于无线传感器网络的光伏发电系统监测与预测研究，项目编号：2011CDC096。　　③湖北省自然科学基金，项目名称：无线传感器网络恶意节点识别与隔离技术研究，项目编号：2013CFB044。　　背景：　　目前，太阳能电池组件的研究开发在国内外正处于一个热潮，国内外的众多企业研究重点大多在电池组件材料的研究方面，对电池组件的信息化研究则显得不足。本项目产品是信息型电池组件及其光伏发电系统，充分利用了无线传感器网络这一先进技术。其特点是实时快速地反映了电池组件及整个光伏发电系统的工作状态。　　从太阳能电池组件的输出端引出导线，导线与电阻网络连接以便进行电压、电流采样，然后将采样得到的信息通过多路数据选择器传送给无线传感器网络节点，然后把节点采集信息通过路由节点、协调器节点传送到用户PC或用户移动终端（手机、IPAD等），通过检测的结果来判断太阳能电池组件的工作状态，为用户决策提供依据。同时，为了掌握整个光伏发电系统的运行状态，对光伏发电系统中控制器、逆变器的运行状态也进行监测。对于控制器，实时监测其是否实现了光伏电池组件最大功率点跟踪；对于逆变器，实时监测其最大逆变效率不低于94%，监测结果通过无线方式传输给用户终端。　　①在功能上，通过采用无线传感器网络技术设计信息型太阳能电池组件，构成了第二代智能光伏发电系统，能够及时定位出现故障的电池组件、实现对组件转换效率的动态跟踪，便于电池组件及整个光伏发电系统的日常巡检和维护。　　②在硬件系统的设计方面，通过采集太阳能电池单体的电压等参数，监测各单体的工作状态，从而判断太阳能光伏组件的工作状态。该方法设计巧妙、简单易行。　　③在软件设计方面，不仅包括节点软件设计，还包含相应的管理员PC机（移动终端）应用软件，该软件不仅可以管理来自各传感器节点的数据，而且可以根据节点数的多少变化进行灵活配置，提升管理水平，便于用户及时掌握电站的实时运行状况。　　本项目涉及的关键技术已解决，已获授权发明专利2项：一种信息型太阳能电池组件，授权号：ZL 201010559566.X；一种基于无线传感器网络的太阳能景观灯，授权号：ZL 201010559543.9。已获授权实用新型专利2项：一种家用光伏发电站，授权号：ZL 201020625327.5；一种基于无线传感器网络的太阳能路灯，授权号：ZL 201020625294.4。基于本项目的研究，另外申请国际发明专利1项、国家发明专利4项，目前处于实质审查阶段。　　产品经过测试：无线传感器网络通信稳定可靠，能够有效采集电池组件中单体的电压参数、环境的温度、湿度、光强信息；能够有效采集控制器、逆变器的相关参数。传感器节点安装方便，由于采用太阳能电池供电，节点寿命长，具有较高的性价比。　　推广应用范围、条件和前景：　　我国76%的国土光照充沛，太阳能资源十分丰富，全国三分之二的国土面积，每平米太阳能年辐射总量达3350～8400兆焦，平均为5860兆焦（相当于199kg标准煤），每年我国地表吸收的太阳能，大约相当于2.4万亿吨标准煤的能量，相当于2008年全国能源消耗总量28.5亿吨标准煤的842倍。但是，目前我国光伏发电系统安装容量不及生产容量的2％，市场潜力巨大。　　目前采用的光伏发电材料主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓和硒铟铜等，用来构建光伏电站阵列的单元都是太阳能光伏组件。但现有的太阳能光伏组件都是采用层压封装工艺，通过接线盒将产生的电能输出，结构简单，安装方便。但是在大型的太阳能光伏阵列中，安装的太阳能光伏组件数量多达几万——几十万，如果要进行故障检修，需要大量的人力和物力，有时候因为出现异常的太阳能光伏组件得不到及时维修，而带来发电效率低下，甚至可能影响整个发电站阵列的安全。　　本项目产品克服现有太阳能光伏组件的不足，具有智能化程度高、信息管理集中、检修方便等优点。例如当太阳能电池组件被其它物体（如鸟粪、树叶等）长时间遮挡时，被遮挡的太阳能电池组件此时将会严重发热，这种严重发热会对太阳能电池造成很严重的破坏作用，有光照的电池所产生的部分能量或所有的能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。此种情况下，嵌入在太阳能电池组件中的无线传感器网络节点会检测出太阳能电池组件中两相邻的电池单体电压，通过检测的电压值来判断太阳能电池组件中各个电池单体的工作状态，无线传感器网络节点将会及时把故障信息通过无线传感器网络反馈给用户的PC机，用户即可实时了解每个电池组件的运行状态。　　存在的问题及建议：　　项目执行期内，按照阶段目标进展顺利，已经完成项目合同规定的各项技术，在经济指标方面，净利润是由于公司对于本项目的后续开发科研经费较大，造成了净利润有所不足。另外，国家尚未建立光伏行业监测规范，导致行业许可和鉴定证书滞后，希望相关部门尽快出台光伏行业标准及细则。　　2013年度，恩施州科技进步奖三等奖，获奖名称：信息型太阳能电池组件研发与产业化　　2014年度，恩施州科技进步奖三等奖，获奖名称：分布式太阳能景观灯自组网的关键技术研究与应用。

成果名称：	基于无线传感器网络的分布式智能光伏发电系统及关键技术	关键词：	太阳能电池组件;无线传感器网络;分布式;光伏发电系统
成果类别：		一级分类名称：	机械制造
二级分类名称：	仪器仪表技术	三级分类名称：	传感器
研究起止时间：	2012.07 至2014.07	成果体现形式（应用技术类）：	无
成果属性：		成果体现形式（基础理论类）：
技术成熟度：		技术水平：
研究形式：		学科分类1：
单位名称：	湖北民族学院	学科分类2：
中图分类号1：		所属高新技术类别：
中图分类号2：		课题来源：
应用行业：		课题立项名称：
国家科技计划子类别：		课题立项编号：	12C26214204505
经费实际投入额（万元）：	642.00	评价单位：	湖北省科学技术厅
评价形式：	无	应用状态：	无
评价日期：	2016.02.03	转让范围：
评价证书号：	鄂科鉴字[2016]04101029	推荐单位：	湖北民族学院
推广形式：	无	成果登记号：	EK2016A010037000120
成果简介：	课题来源：　　①科技部科技型中小企业技术创新基金，项目名称：智能型太阳能电池组件产业化，项目编号：12C26214204505。　　②湖北省自然科学基金，项目名称：基于无线传感器网络的光伏发电系统监测与预测研究，项目编号：2011CDC096。　　③湖北省自然科学基金，项目名称：无线传感器网络恶意节点识别与隔离技术研究，项目编号：2013CFB044。　　背景：　　目前，太阳能电池组件的研究开发在国内外正处于一个热潮，国内外的众多企业研究重点大多在电池组件材料的研究方面，对电池组件的信息化研究则显得不足。本项目产品是信息型电池组件及其光伏发电系统，充分利用了无线传感器网络这一先进技术。其特点是实时快速地反映了电池组件及整个光伏发电系统的工作状态。　　从太阳能电池组件的输出端引出导线，导线与电阻网络连接以便进行电压、电流采样，然后将采样得到的信息通过多路数据选择器传送给无线传感器网络节点，然后把节点采集信息通过路由节点、协调器节点传送到用户PC或用户移动终端（手机、IPAD等），通过检测的结果来判断太阳能电池组件的工作状态，为用户决策提供依据。同时，为了掌握整个光伏发电系统的运行状态，对光伏发电系统中控制器、逆变器的运行状态也进行监测。对于控制器，实时监测其是否实现了光伏电池组件最大功率点跟踪；对于逆变器，实时监测其最大逆变效率不低于94%，监测结果通过无线方式传输给用户终端。　　①在功能上，通过采用无线传感器网络技术设计信息型太阳能电池组件，构成了第二代智能光伏发电系统，能够及时定位出现故障的电池组件、实现对组件转换效率的动态跟踪，便于电池组件及整个光伏发电系统的日常巡检和维护。　　②在硬件系统的设计方面，通过采集太阳能电池单体的电压等参数，监测各单体的工作状态，从而判断太阳能光伏组件的工作状态。该方法设计巧妙、简单易行。　　③在软件设计方面，不仅包括节点软件设计，还包含相应的管理员PC机（移动终端）应用软件，该软件不仅可以管理来自各传感器节点的数据，而且可以根据节点数的多少变化进行灵活配置，提升管理水平，便于用户及时掌握电站的实时运行状况。　　本项目涉及的关键技术已解决，已获授权发明专利2项：一种信息型太阳能电池组件，授权号：ZL 201010559566.X；一种基于无线传感器网络的太阳能景观灯，授权号：ZL 201010559543.9。已获授权实用新型专利2项：一种家用光伏发电站，授权号：ZL 201020625327.5；一种基于无线传感器网络的太阳能路灯，授权号：ZL 201020625294.4。基于本项目的研究，另外申请国际发明专利1项、国家发明专利4项，目前处于实质审查阶段。　　产品经过测试：无线传感器网络通信稳定可靠，能够有效采集电池组件中单体的电压参数、环境的温度、湿度、光强信息；能够有效采集控制器、逆变器的相关参数。传感器节点安装方便，由于采用太阳能电池供电，节点寿命长，具有较高的性价比。　　推广应用范围、条件和前景：　　我国76%的国土光照充沛，太阳能资源十分丰富，全国三分之二的国土面积，每平米太阳能年辐射总量达3350～8400兆焦，平均为5860兆焦（相当于199kg标准煤），每年我国地表吸收的太阳能，大约相当于2.4万亿吨标准煤的能量，相当于2008年全国能源消耗总量28.5亿吨标准煤的842倍。但是，目前我国光伏发电系统安装容量不及生产容量的2％，市场潜力巨大。　　目前采用的光伏发电材料主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓和硒铟铜等，用来构建光伏电站阵列的单元都是太阳能光伏组件。但现有的太阳能光伏组件都是采用层压封装工艺，通过接线盒将产生的电能输出，结构简单，安装方便。但是在大型的太阳能光伏阵列中，安装的太阳能光伏组件数量多达几万——几十万，如果要进行故障检修，需要大量的人力和物力，有时候因为出现异常的太阳能光伏组件得不到及时维修，而带来发电效率低下，甚至可能影响整个发电站阵列的安全。　　本项目产品克服现有太阳能光伏组件的不足，具有智能化程度高、信息管理集中、检修方便等优点。例如当太阳能电池组件被其它物体（如鸟粪、树叶等）长时间遮挡时，被遮挡的太阳能电池组件此时将会严重发热，这种严重发热会对太阳能电池造成很严重的破坏作用，有光照的电池所产生的部分能量或所有的能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。此种情况下，嵌入在太阳能电池组件中的无线传感器网络节点会检测出太阳能电池组件中两相邻的电池单体电压，通过检测的电压值来判断太阳能电池组件中各个电池单体的工作状态，无线传感器网络节点将会及时把故障信息通过无线传感器网络反馈给用户的PC机，用户即可实时了解每个电池组件的运行状态。　　存在的问题及建议：　　项目执行期内，按照阶段目标进展顺利，已经完成项目合同规定的各项技术，在经济指标方面，净利润是由于公司对于本项目的后续开发科研经费较大，造成了净利润有所不足。另外，国家尚未建立光伏行业监测规范，导致行业许可和鉴定证书滞后，希望相关部门尽快出台光伏行业标准及细则。　　2013年度，恩施州科技进步奖三等奖，获奖名称：信息型太阳能电池组件研发与产业化　　2014年度，恩施州科技进步奖三等奖，获奖名称：分布式太阳能景观灯自组网的关键技术研究与应用。
联系人：	孙先波	成果登记日期：	2016-02-03
联系人email：	512338995@qq.com	单位代码：	94200027
邮政编码222：	445000	联系人电话：	13986853520
单位传真：	0718-8437832	单位通讯地址：	湖北省恩施市学院路39号
单位所在省市：		单位电话：	0718-8438945;8439554
转让收入（万元）：	0	单位属性：
合作完成单位：	湖北永恒太阳能股份有限公司	已转让企业数（个）：	0
成果发布年份：	2016	知识产权形式：
成果完成人：	谭建军;孙先波;黄勇;易金桥;胡涛;丁尚云;谭黎明;廖克书;朱黎;高仕红;李绍武;刘三军;钱楷	资源采集日期：	2017-02-20

基于无线传感器网络的分布式智能光伏发电系统及关键技术

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