摘要：太阳能光伏电站主要应用于远离公共电网的无电、少电地区和一些特殊场所，由于偏远地区的工作环境比较恶劣，不适合派技术人员或者工作人员长期职守，所以太阳能光伏电站大部分是在无人职守的状态下进行；另外，同一地区光伏电站的站点分布不均匀，也迫切需要集中监控和管理，所以实现对太阳能光伏发电站的远程监控具有十分重要的意义。因此，本文对太阳能光伏发电无线监控系统进行分析探讨。
关键词：太阳能；光伏发电；无线监控系统
太阳能光伏发电就是利用太阳电池进行光电转换，并把太阳电池方阵发出的直流电转换成符合入网标准的交流电与电网联结。光伏发电具有无污染、安全、无噪声、资源普遍、易安装和建设周期短等诸多优点，在全世界范围内受到越来越多的重视，已成为世界各国争相发展的新能源对象。
1光伏发电系统工作原理
太阳能光伏发电技术的基本工作原理是：当太阳光照射到由P型和N型两种不同导电类型、同质半导体材料构成的P—N结上时，在一定的条件下，太阳能辐射被半导体材料吸收，在导带和价带中产生非平衡载流子，即电子和空穴。由于P—N结势垒区存在着较强的内建静电场，在电场的作用下，N区的空穴向着P区移动，而P区的电子则向着N区移动，最后在太阳电池的受光面上积累大量的负电荷（电子），而在它的背光面上积累大量的正电荷（空穴）。即在光照作用下太阳电池内部形成电流密度、短路电流，和开路电压。此时如果在太阳电池的两个表面引出金属电极，并用导线接上负载，即形成由P—N结、连接电路和负载组成的回路，在负载上就有“光生电流” 流过，实现对负载的功率输出。
2光伏发电系统的优点介绍
太阳能光伏发电具有许多优点：
2.1无污染：绝对零排放－无任何物质及声、光、电、磁、机械噪音等“排放”；
2.2可再生：资源无限，可直接输出高品位电能，具有理想的可持续发展属性；
2.3资源的普遍性：基本上不受地域限制，只是地区之间有丰富与欠丰富之别；
2.4机动灵活：发电系统可按需要以模块方式集成，可大可小、扩容方便；
2.5通用性、可存储性：电能可以方便地通过输电线路传输、使用和存储；
2.6分布式电力系统：将提高整个能源系统的安全性和可靠性，特别是从抗御自然灾害和战备角度看，它更具有明显的意义；
2.7资源、发电、用电同一地域：可望大幅度节省远程输变电设备的投资费用；
2.8光伏建筑集成：节省发电基地使用的土地面积和费用，是目前国际上研究及发展的前沿，也是相关领域科技界最热门的话题之一。
3太阳能光伏发电无线监控系统
太阳能光伏发电系统的运行需要一定的监控，无线监控系统是当前主流的监控系统之一。运用无线监控系统可以实现对发电系统运行数据的采集和运行状态的监管，及时调整太阳能光伏发电系统的运行参数，以保障太阳能发电系统的运行安全。现阶段，在太阳能光伏发电系统的监管方面还存在一些问题，需要进一步优化相关内容。
3.1太阳能光伏发电监控系统的功能
太阳能光伏发电监控系统具有以下功能：监测外界环境状况；监测每个发电单元太阳电池板的发电状态；跟踪太阳，控制太阳电池板的姿态；监测所有逆变器的工作状态；远程监测控制及故障诊断；系统冗余控制。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
监控系统由传感器与执行机构层、PLC现场监控层和远程网络监控层组成。系统通过ZigBee无线网络及PROFIBUS现场总线将传感器与执行机构层和PLC现场监控层信息互联，并通过GPRS无线网络将PLC现场监控层与远程网络监控层信息互联。
3.2传感器与执行机构层
传感器与执行机构层是无线监控系统的首要层次，环境数据传感器、站点数据传感器与逆变器等系统的连接，能够及时将这些信息传递给管理人员，管理人员通过分析这些信息来判断太阳能光伏发电系统的运行状况。
传感器与执行机构层是系统第一层。该层的环境数据传感器、逆变器、站点数据传感器和执行机构通过各从站与现场总线相连接。太阳能光伏发电站的正常运行需要多设备系统的支持，需要多组发电单元，发电单元的组成是太阳电池板和跟踪装置共同构成的。同时，还要掌握电池组的相关信息，比如温度、输出电压、输出电流等，这些信息的收集是通过各站点数据传感器完成的。逆变器也是太阳电池板发电的重要装置之一，它实现了直流电向交流电的转换。在选择逆变器时，要结合电站功率的大小，在设置上可以采用单台或多台的形式。逆变器也是数据输出的重要设备之一，通过逆变器可以传输单日发电量、总发电量、功率因数等信息，以便工作人员全面监控太阳能光伏发电设备。
3.3PLC现场监控层
PLC现场监控层也是太阳能光伏发电无线监控系统的重要组成部分，通过接入模块、PLC控制器、操作屏和GPRS无线传输模块，可以实现对太阳跟踪装置的全面控制，进而保障太阳跟踪装置的顺利运行。对于太阳跟踪方法，有不同方法可供选择，而光感跟踪和时间跟踪是2种主要的方法。将光感跟踪与时间跟踪相结合，能够更好地掌握天气变化情况，进而确定跟踪方式，保障对光源的采集。PLC现场监控系统的顺利运行与控制方法有密切的关系，在实际工作中，不仅要设置主处理器单元，还要设置备用处理器单元，防止主处理器单元失效的情况发生，进而更好地保障太阳能光伏发电系统的健康运行。
3.4远程网络监控层系统
在正常工作模式下GPRS传输模块将现场的数据通过移动通信分组网络（GPRS网络）传递给数据管理服务器（上位机），用于太阳能发电系统的状态监控。该层服务器采用西门子组态软件WinCC，可通过工业以太网与管理级客户端等联网控制，实现太阳能发电控制系统的优化控制、故障诊断、监测和自动控制。在远程监控室中，以太网连接着组态控制工业计算机、客户端监控器。组态控制计算机采用WinCC组态软件，通过组态与编程对光伏电站控制系统进行自动化设计与配置；通过数据采集、参数调节以及各类信号报警完成对光伏电站运行状态的监视和控制；通过人机界面反映全面的过程信息，完成实时的动态数据处理。
组态控制服务器采用冗余设计。冗余系统采用两台连接在一起的服务器协同工作，运行期间，两台服务器相互监控，可及时发现对方是否进人故障状态，如果一台服务器发牛故障，则所有的客户端自动切换到仍然正常的服务器，从而保证所有客户端总可以进行对自动化系统的监视和操作。在一台发生故障期间，正常的服务器继续完成系统内的信息、过程数据归档和记录；当故障服务器正常投入后，故障期间的归档记录会自动复制到恢复后的服务器，从而保证了服务器数据的完整和连续。
结束语：
近年来，我国在太阳能光伏发电项目上也进行了一定的研发和投入，取得了一定的成绩。无线监控系统是对太阳能光伏发电运行状况的控制系统之一，通过该系统可以及时掌握太阳能光伏发电的运行状况，及时排查太阳能光伏发电系统中的故障和潜在问题，以保障设备的健康运行，从而推动我国太阳能光伏发电产业的进一步发展。
参考文献：
[1]太阳能光伏发电无线监控系统[J]，左云波，王欢，徐小力，乔道鄂，太阳能，2014（01）
[2]光伏电站的远程监控系统设计[D]，宋开峰，山东大学2014
[3]光伏并网发电系统中监控系统的开发[J]，张卫平，张炜，毛鹏，付得意，电源技术，2016（03）
[4]光伏发电监控系统的设计与实现[J].王成福，李锐，刘辉荣，王超，段录平.电力系统通信.2014（06）
论文作者:王威川
论文发表刊物:《电力设备》2018年第11期
论文发表时间:2018/8/1
标签：光伏论文; 太阳能论文; 监控系统论文; 系统论文; 传感器论文; 逆变器论文; 组态论文; 《电力设备》2018年第11期论文;