太阳能发电环境数据采集系统设计(2)
1.2 课题研究的意义
光伏发电是一种直接利用太阳能的形式，光伏电池产生的光生伏打效应将太阳辐射能直接转变为直流电能，在并网逆变器的作用下，将光伏阵列输出的直流电转变成交流电后接入电网[2]。在太阳能发电系统中，需要有某个地区气象变化的定量指标[3]，例如：辐射强度、风速、风向、温度、湿度等一系列气象参数，然后充分利用监测得到的数据[3]，对太阳能发电系统的其他各项指标进行调整，得到最优的方案。目前，市面上有不少单独测量环境参数的仪器，例如：利用风速计测量风速，利用风向标指针的偏移确定风的方向，利用辐照度测试仪测量太阳辐射强度等。因为光伏发电的间歇性和随机性极大，环境气象因素极大地制约了光伏发电的功率，所以同步测量各项气象数据十分必要。因此，加强光伏发电系统的环境数据采集，可以提高太阳能发电输出功率预测的准确性和电网运行的安全性及可靠性[4]，设计一个太阳能发电环境数据采集系统有着十分重要的意义。
1.3 太阳能发电与各气象要素之间的关系
光伏电站通常暴露在大气中，因此，其发电量受周围环境的影响较大。光伏发电量与气象条件之间具有一定的相关性，通过对这种相关性的分析，可以考察当前的发电状态是否正常，并预测光伏电站的出力。季节和地理位置是影响太阳辐射的两大主要因素，太阳辐射具有显著的周期性。除此之外，太阳辐射强度还随着天气、温湿度等大气环境因素的变化而变化。因此，光伏发电系统在设计时，应充分考虑到光照辐射的季节变化特性和日变化特性，避免并网时对电网造成冲击，影响电网的稳定性。一般来说，太阳辐射与光伏发电量呈正相关，即太阳辐射越强，光伏发电量越多[5]。太阳能光伏发电受温度的影响较为复杂。对常用的晶体硅光伏组件来说，电池输出功率与温度呈反比关系，即温度越高，硅太阳能电池的输出功率就越低。而日照时间越长，获得的太阳辐射总量就越多，光伏组件输出的功率也就越大[5]。云量是表征天空遮蔽程度的气象因子，它对辐射的影响反映了某地水汽和气溶胶的削弱[6-7]。通常来说，云量与地面太阳辐射成反比关系[5]。相对湿度在一定程度上影响光伏电站光伏功率。相对湿度增加，空气中的水蒸气含量增加，水蒸气进一步削弱太阳辐射，使光伏发电量减少[5]。充分掌握这些因素对太阳能发电的影响，可以及时调整太阳能电池组件，使其发挥最大性能。
1.4 太阳能发电环境数据监测的现状与发展
1.4.1 国内环境数据采集的发展现状
1.4.2 国外环境数据采集的发展现状
1.5 课题的主要研究工作
本课题提出的太阳能发电环境数据采集系统，是在对光伏发电基本原理及其与环境的关系、环境数据采集与处理等知识和技能理解的基础上，查阅相关资料，借鉴前人经验，比较选择合适的传感器，基于单片机，开发嵌入式终端，实现对被测点数据的监测和记录。该太阳能发电环境数据采集系统可以采集风速、风向、光照度、温度、湿度等环境数据，并将采集到的数据返回到系统内部，实现被测点各类环境数据的采集与反馈，优化整体的光伏系统，进而使整体系统性能达到最优。具体总结为以下几点：
1、查阅相关资料，了解光伏发电的基本理论知识和国内外环境数据采集的现状与发展，并对其进行深入的分析与研究。
2、了解各环境参数与光伏发电功率的关系，对太阳能发电环境数据监测系统中所要采集的风速、风向、光照度、温度、湿度等参数所对应的传感器进行分析比较，在一定的精度、量程要求下选择合适的传感器。刘玉兰等[5]研究了宁夏陆家东光伏电站一年来的逐分钟光伏功率，同时也参考了相应的来自于于银川国家气候观象台的气象数据，得出了太阳能光伏发电功率与太阳辐射、日照时数、云量、相对湿度、温度等环境因素的关系。还运用了SPSS14.0软件，得到了光伏功率的多元线性回归模型，对于后续研究有指导性意义。
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