上一篇
光伏系统数据采集方案
光伏系统数据采集方案：部署智能传感器实时监测光照、温度及电气参数，通过无线/有线传输至数据中台，结合AI算法优化发电效率
光伏系统数据采集方案详解
光伏系统数据采集的核心目标
光伏系统数据采集的核心目标是实时获取设备运行状态、环境参数及电能输出数据，为系统监控、故障诊断、性能优化提供依据，数据采集需覆盖以下维度：
- 环境参数：光照强度、温度、风速、湿度等；
- 设备状态：逆变器效率、组件电压/电流、汇流箱状态、支架角度等；
- 电能质量：发电量、功率因数、谐波含量等；
- 安全参数：直流侧绝缘阻抗、交流侧漏电监测等。
数据采集方案设计要点
| 模块 | |
|---|---|
| 传感器选型 | 辐照度传感器（一级/二级）、温度传感器（PT100/NTC）、霍尔电流传感器、风速仪等 |
| 通信协议 | Modbus RTU/TCP、MQTT、DL/T 645（电表协议）、CAN总线等 |
| 数据采集设备 | 光伏专用RTU（远程终端单元）、边缘计算网关、智能电表、PLC等 |
| 数据传输方式 | 有线（RS485、以太网）、无线（LoRa、NB-IoT、4G/5G） |
| 数据存储 | 本地存储（SD卡、数据库）、云端存储（MySQL、InfluxDB时序数据库） |
| 安全性 | 数据加密（TLS/SSL）、访问控制、防雷击设计 |
传感器部署与数据采集流程
环境参数采集
- 辐照度传感器：采用二级及以上精度，需水平安装且避开阴影遮挡，数据更新频率建议≥1次/秒。
- 温度传感器：组件背板温度（T型热电偶）与环境温度（DS18B20）需分开部署，误差需控制在±0.5℃内。
- 风速与湿度：超声波风速仪可同时监测风向，需安装在离地10米以上无干扰区域。
设备状态监测
- 逆变器数据：通过Modbus RTU读取DC/AC侧电压、电流、功率、效率等参数，采样周期建议10秒/次。
- 汇流箱监控：霍尔传感器采集直流侧电流，配合漏电流传感器实现快速故障定位。
- 组件效率：EL（电致发光）成像或IV曲线扫描仪定期检测组件隐裂、热斑效应。
电能计量
采用0.5S级精度智能电表，支持双向计量（余电上网模式），数据上传至电网调度系统。
通信与数据传输方案
| 场景 | 推荐方案 | 优势 |
|---|---|---|
| 小型分布式光伏 | LoRaWAN组网（470MHz频段） | 低功耗、覆盖半径3公里 |
| 大型地面电站 | 光纤环网+RS485冗余 | 抗干扰性强，带宽高（≥10Mbps） |
| 偏远无电地区 | NB-IoT（CoAP协议） | 运营商基站覆盖，年资费低 |
| 数据实时性要求高 | MQTT over TCP（QoS=1） | 毫秒级延迟，支持断线重连 |
数据丢包处理：
- 采用CRC校验+重传机制，关键数据（如逆变器告警）优先传输；
- 本地缓存72小时数据,断网恢复后自动补传。
数据存储与分析
时序数据库设计
- 字段示例：
timestamp,irradiance,temp_amb,dc_voltage,ac_power,inverter_status - 压缩存储：使用Gorilla压缩算法，存储空间节省60%以上。
- 字段示例：
数据分析应用
- 发电量预测：LSTM神经网络模型输入历史辐照度、温度数据，预测未来4小时发电功率。
- 故障诊断：逆变器效率骤降10%触发阈值，结合直流侧电压偏差定位故障组件。
- 清洗周期优化：积尘损失模型（基于辐照度与发电量线性回归）动态调整清洗计划。
典型方案对比
| 方案类型 | 硬件成本 | 运维复杂度 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 基础型（LoRa+RTU） | ¥15万/MW | 低（自动化配置） | 小型工商业屋顶 |
| 增强型（光纤+PLC） | ¥30万/MW | 中（需专业调试） | 大型地面电站 |
| 智能型（边缘计算） | ¥50万/MW | 高（AI模型训练） | 复杂地形电站（如山地） |
实施注意事项
- 防雷与接地：传感器信号线需两级防雷（气体放电管+TVS二极管），接地电阻≤4Ω。
- 环境适应性：户外设备需满足IP67防护等级，工作温度范围-40℃~85℃。
- 系统冗余：主备双RTU热切换，通信链路采用VRRP协议保障可靠性。
FAQs
Q1：如何选择合适的辐照度传感器？
A1：根据精度需求选择：
- 科研级（±2%以内）：Kipp & Zonen CMP10/11系列，带光谱修正；
- 工程级（±5%）：Apogee MP-100，性价比高；
- 普通监控（±10%）：硅胶封装低成本传感器，需定期校准。
注意：二级传感器需配备遮阳罩（角度可调），避免倾斜安装导致误差。
Q2：数据采集中断如何恢复？
A2：采用三级容错机制：
- 本地缓存：RTU内置Flash存储72小时数据，断网后自动保存；
- 心跳包检测：主站每30秒发送心跳包，超时则触发重连；
- 补传策略：恢复后优先上传关键数据（如故障代码），非关键数据（如分钟级环境数据）批量补传。
示例：某电站因台风导致光纤中断，恢复后通过MQTT遗嘱消息同步告警数据，2小时内完成98%
