技术领域
[0001] 本
发明属于光伏技术领域，尤其涉及一种光伏与建筑一体化系统及方法。
背景技术
[0002] 光伏(Photovoltaic)：是
太阳能光伏发电系统(Solar power system)的简称，是一种利用太阳
电池半导体材料的光伏效应，将太阳光
辐射能直接转换为
电能的一种新型发电系统，有独立运行和并网运行两种方式。同时，太阳能
光伏发电系统分类，一种是集中式，如大型西北地面光伏发电系统；一种是分布式(以＞6MW为分界)，如工商企业厂房
屋顶光伏发电系统，民居屋顶光伏发电系统；然而，现有光伏与建筑一体化系统中光伏数据往往贮存于分布式多源异构
数据库中，具有数据量大而且种类复杂等特征，数据
质量时常由于测量设备的故障与不
稳定性而降低，产生大量异常数据或形成冗余，又或是在数据传输过程中出现丢包；同时，不能准确的诊断
太阳能电池板故障，影响使用。
[0003] 综上所述，
现有技术存在的问题是：现有光伏与建筑一体化系统中光伏数据往往贮存于分布式多源异构数据库中，具有数据量大而且种类复杂等特征，数据质量时常由于测量设备的故障与不稳定性而降低，产生大量异常数据或形成冗余，又或是在数据传输过程中出现丢包；同时，不能准确的诊断
太阳能电池板故障，影响使用。同时现光伏与建筑一体化供电不连续，不稳定。
发明内容
[0004] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种光伏与建筑一体化系统。
[0005] 本发明是这样实现的，一种光伏与建筑一体化系统，所述光伏与建筑一体化系统包括：
[0006] 太阳能供电模
块，与中央控
制模块连接，用于通过太阳能电池板将太阳能转化为电能为建筑供电；
[0007] 太阳能参数采集模块，与中央
控制模块连接，用于通过光伏监测设备采集太阳能电池板参数；
[0008] 中央控制模块，与太阳能供电模块、太阳能参数采集模块、
数据处理模块、电能存储模块、电池
电压检测模块、电池
温度检测模块、电池
电流采集模块、电池均衡模块、电压调节模块、清洁模块、故障诊断模块、显示模块连接，用于通过主控机控制各个模块正常工作；
[0009] 数据处理模块，与中央控制模块连接，用于通过数据处理程序对太阳能数据进行清洗处理；
[0010] 电能存储模块，与中央控制模块连接，用于利用多个
蓄电池将太阳能转化的电能进行存储；
[0011] 电压调节模块，与中央控制模块连接，用于通过电压调节器调节供电电压；
[0012] 清洁模块，与中央控制模块连接，用于通过清洁装置对太阳能电池板进行清洁；
[0013] 故障诊断模块，与中央控制模块连接，用于通过诊断
电路对太阳能电池板进行故障诊断；
[0014] 显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器显示采集的太阳能电池板参数、故障诊断信息。
[0015] 进一步，所述光伏与建筑一体化系统还包括：
[0016] 电池电压检测模块：与中央控制模块连接，用于利用电压
传感器采集蓄电池的电压数据；
[0017] 电池温度检测模块：与中央控制模块连接，用于利用温度传感器采集蓄电池的温度数据；
[0018] 电池电流采集模块：与中央控制模块连接，用于利用电流采集器采集蓄电池的电流数据；
[0019] 电池均衡模块：与中央控制模块连接，用于对多个蓄电池进行均衡控制。
[0020] 本发明的另一目的在于提供一种应用于所述光伏与建筑一体化系统的光伏与建筑一体化方法，所述光伏与建筑一体化方法包括：
[0021] 步骤一，通过太阳能电池板将太阳能转化为电能为建筑供电；通过光伏监测设备采集太阳能电池板参数；
[0022] 步骤二，通过数据处理程序对太阳能数据进行清洗处理；
[0023] 步骤三，利用多个蓄电池将太阳能转化的电能进行存储；利用电压传感器采集蓄电池的电压数据；利用温度传感器采集蓄电池的温度数据；利用电流采集器采集蓄电池的电流数据；对多个蓄电池进行均衡控制；
[0024] 步骤四，通过电压调节器调节供电电压；通过清洁装置对太阳能电池板进行清洁；通过诊断电路对太阳能电池板进行故障诊断；
[0025] 步骤五，通过显示器显示采集的太阳能电池板参数、相关电池的电压、电流、温度相关数据以及故障诊断信息。
[0026] 进一步，步骤二中，所述清洗处理方法如下：
[0027] (1)通过光伏监测设备采集光伏数据，在相邻区域设置多组传感器采集太阳能光伏数据，得到多组强关联性数据，将不同组传感器在同一时间采集的数据在数据库中按列进行排序，将同一组传感器在不同时间采集的数据在数据库中按行进行排序；
[0028] (2)挖掘所述光伏数据中的异常数据，并将所述异常数据分为三类数据，分别为：冗余数据、缺省数据和错误数据；
[0029] (3)清洗异常数据，首先，删除异常数据中的冗余数据；然后，对单组传感器测得的错误数据采用SPGP数据重构法进行数据重构；最后，对数据库中整行错误数据和缺省数据采用基于三次样条插值法的数据重构法进行数据重构。
[0030] 进一步，步骤(1)中，所述传感器包括光照度传感器、光功率传感器，所述光伏数据包括光照强度、光功率。
[0031] 进一步，步骤(2)中，所述异常数据的分类依据为：
[0032] 冗余数据：判断多组传感器采集光伏数据的时间值是否一致，时间值不一致的光伏数据即为冗余数据；
[0033] 缺省数据：计算多组数据的平均测量时间间隔t，判断每行数据的测量时间与相邻行数据的测量时间的差值是否超过2t，若超过2t，则该行数据为缺省数据；
[0034] 错误数据：分别计算各组数据随时间的变化率，判断每列数据的变化率是否大于前列数据变化率的1.25倍，若是，则进一步判断该列数据是否超出正常数据范围，若两个判断条件均满足，则该列数据为错误数据。
[0035] 进一步，步骤三中，所述蓄电池的均衡控制包括：
[0036] 获取转化的电量情况、所需电量以及蓄电池的状态；判断转化的电量是否大于所需电量；当大于所需电量时，则控制太阳能电池板将剩余电量依次转移至还未饱和的蓄电池中；若小于所需电量，则控制具备一定电量的蓄电池为建筑供电。
[0037] 进一步，步骤四中，所述故障诊断方法如下：
[0038] 1)通过传感器采集太阳能电池阵列的温度以及辐照度，得到太阳能电池阵列在对应温度以及辐射照度条件下的I-V输出特性关系式；
[0039] 2)将太阳能电池阵列在正常工作时的I-V输出特性关系式作为标准I-V输出关系式，将检测到的组件间的电压值代入到所述标准I-V输出关系式中得到计算电流值，在每条支路上串接一个电流传感器检测支路电流；
[0040] 若电流传感器测得的电流值明显小于所述计算电流值，则该支路为故障支路；若电流传感器检测到的电流值为零，则该支路故障为断路故障；
[0041] 3)根据得到的I-V输出特性关系式，利用基于I-V输出特性的实际
串联等效
电阻计算式，计算出太阳能
电池组件的实际串联等效电阻Rs1，通过基于环境参数的参考串联等效电阻计算式，计算出太阳能电池组件的参考串联等效电阻Rs；
[0042] 4)根据实际串联等效电阻Rs1与参考串联等效电阻Rs之间的比值得到K；
[0043] 5)根据K值大小判别太阳能电池阵列故障、电池组件老化或被遮挡的严重程度，K值越大遮挡或者老化程度越严重；
[0044] 进一步，所述步骤3)中基于I-V输出特性的实际串联等效电阻计算式为：
[0045] RS1＝[ln((IL-(I+K1I))Io+1)·VT-V]/IN
[0046]
[0047]
[0048] 其中，RS1为实际串联等效电阻，IL为光生电流，I表示输出电流，V表示
输出电压，K1为拟合系数，Io为等效
二极管反向饱和电流，VT＝N·(Tk/q)，N为输出电压V值所对应的串联电池组件个数，k表示波尔兹曼常数，q表示
电子电荷，G表示辐照度，Gref表示参考辐照度，T表示电池温度，Tref表示参考电池温度，α1为温度补偿系数，ISC为太阳能电池
短路电流，β1为简化合并后的系数；
[0049] 基于环境参数的参考串联等效电阻计算式为：
[0050] RS＝(α·T+β·G)/N
[0051] 其中，RS为参考串联等效电阻，α是温度系数，β是辐照度系数。
[0052] 进一步，所述I-V输出特性关系式为：
[0053]
[0054] 其中I表示输出电流，V表示输出电压，G表示辐照度，Gref表示参考辐照度，T表示电池温度，Tref表示参考电池温度，α是温度系数，为正数；β是辐照度系数，为一负数，α与β的值通过实验数据拟合得到，ISC为太阳能电池短路电流，α1为温度补偿系数，β1为简化合并后的系数，K1为拟合系数，VT＝N·(Tk/q)，其中N为输出电压V值所对应的串联电池组件个数，k表示波尔兹曼常数，q表示电子电荷。
[0055] 本发明的另一目的在于提供一种实现所述光伏与建筑一体化方法的信息数据处理终端。
[0056] 本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的光伏与建筑一体化方法。
[0057] 本发明的优点及积极效果为：本发明通过数据处理模块针对光伏数据的正态分布特性及数据之间的关联性，通过SPGP数据重构法对单组传感器测得的错误数据进行重构，通过基于三次样条插值法的数据重构法对整行错误数据和整行缺省数据进行重构，清洗效果好且清洗效率较高；同时，通过故障诊断模块采用太阳能电池的精确数学模型得到I-V输出特性关系式，计算出实际串联等效电阻RS1，参考串联等效电阻RS及其比值K，进而检测太阳能电池阵列故障；本发明综合考虑了温度，辐照度，输出电压、电流参数，提高了判别的精确度，并且能
定位故障点的
位置。
[0058] 本发明将多余电量储存在多个蓄电池中，能够保证供电的连续性以及稳定性。
附图说明
[0059] 图1是本发明
实施例提供的光伏与建筑一体化系统结构
框图。
[0060] 图中：1、太阳能供电模块；2、太阳能参数采集模块；3、中央控制模块；4、数据处理模块；5、电能存储模块；6、电池电压检测模块；7、电池温度检测模块；8、电池电流采集模块；9、电池均衡模块；10、电压调节模块；11、清洁模块；12、故障诊断模块；13、显示模块。
[0061] 图2是本发明实施例提供的光伏与建筑一体化方法
流程图。
具体实施方式
[0062] 为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
[0063] 现有光伏与建筑一体化系统中光伏数据往往贮存于分布式多源异构数据库中，具有数据量大而且种类复杂等特征，数据质量时常由于测量设备的故障与不稳定性而降低，产生大量异常数据或形成冗余，又或是在数据传输过程中出现丢包；同时，不能准确的诊断太阳能电池板故障，影响使用。同时现光伏与建筑一体化供电不连续，不稳定。
[0064] 为解决上述问题，下面结合附图对本发明作详细的描述。
[0065] 如图1所示，本发明实施例提供的光伏与建筑一体化系统包括：
[0066] 太阳能供电模块1，与中央控制模块3连接，用于通过太阳能电池板将太阳能转化为电能为建筑供电；
[0067] 太阳能参数采集模块2，与中央控制模块3连接，用于通过光伏监测设备采集太阳能电池板参数；
[0068] 中央控制模块3，与太阳能供电模块1、太阳能参数采集模块2、数据处理模块4、电能存储模块5、电池电压检测模块6、电池温度检测模块7、电池电流采集模块8、电池均衡模块9、电压调节模块10、清洁模块11、故障诊断模块12、显示模块13连接，用于通过主控机控制各个模块正常工作。
[0069] 数据处理模块4，与中央控制模块3连接，用于通过数据处理程序对太阳能数据进行清洗处理。
[0070] 电能存储模块5，与中央控制模块3连接，用于通过蓄电池将太阳能转化的电能进行存储。
[0071] 电池电压检测模块6：与中央控制模块3连接，用于利用电压传感器采集蓄电池的电压数据。
[0072] 电池温度检测模块7：与中央控制模块3连接，用于利用温度传感器采集蓄电池的温度数据。
[0073] 电池电流采集模块8：与中央控制模块3连接，用于利用电流采集器采集蓄电池的电流数据。
[0074] 电池均衡模块9：与中央控制模块3连接，用于对多个蓄电池进行均衡控制。
[0075] 电压调节模块10，与中央控制模块3连接，用于通过电压调节器调节供电电压；
[0076] 清洁模块11，与中央控制模块3连接，用于通过清洁装置对太阳能电池板进行清洁；
[0077] 故障诊断模块12，与中央控制模块3连接，用于通过诊断电路对太阳能电池板进行故障诊断；
[0078] 显示模块13，与中央控制模块3连接，用于通过显示器显示采集的太阳能电池板参数、故障诊断信息。
[0079] 如图1所示，本发明实施例提供的光伏与建筑一体化方法包括：
[0080] S101，通过太阳能电池板将太阳能转化为电能为建筑供电；通过光伏监测设备采集太阳能电池板参数。
[0081] S102，通过数据处理程序对太阳能数据进行清洗处理。
[0082] S103，利用多个蓄电池将太阳能转化的电能进行存储；利用电压传感器采集蓄电池的电压数据；利用温度传感器采集蓄电池的温度数据；利用电流采集器采集蓄电池的电流数据；对多个蓄电池进行均衡控制。
[0083] S104，通过电压调节器调节供电电压；通过清洁装置对太阳能电池板进行清洁；通过诊断电路对太阳能电池板进行故障诊断。
[0084] S105，通过显示器显示采集的太阳能电池板参数、相关电池的电压、电流、温度相关数据以及故障诊断信息。
[0085] 步骤S103中，本发明实施例提供的蓄电池的均衡控制包括：
[0086] 获取转化的电量情况、所需电量以及蓄电池的状态；判断转化的电量是否大于所需电量；当大于所需电量时，则控制太阳能电池板将剩余电量依次转移至还未饱和的蓄电池中；若小于所需电量，则控制具备一定电量的蓄电池为建筑供电。
[0087] 步骤S102中，本发明实施例提供的清洗处理方法如下：
[0088] (1)通过光伏监测设备采集光伏数据，在相邻区域设置多组传感器采集太阳能光伏数据，得到多组强关联性数据，将不同组传感器在同一时间采集的数据在数据库中按列进行排序，将同一组传感器在不同时间采集的数据在数据库中按行进行排序。
[0089] (2)挖掘所述光伏数据中的异常数据，并将所述异常数据分为三类数据，分别为：冗余数据、缺省数据和错误数据。
[0090] (3)清洗异常数据，首先，删除异常数据中的冗余数据；然后，对单组传感器测得的错误数据采用SPGP数据重构法进行数据重构；最后，对数据库中整行错误数据和缺省数据采用基于三次样条插值法的数据重构法进行数据重构。
[0091] 步骤(1)中，本发明实施例提供的传感器包括光照度传感器、光功率传感器，所述光伏数据包括光照强度、光功率。
[0092] 步骤(2)中，本发明实施例提供的异常数据的分类依据为：
[0093] 冗余数据：判断多组传感器采集光伏数据的时间值是否一致，时间值不一致的光伏数据即为冗余数据。
[0094] 缺省数据：计算多组数据的平均测量时间间隔t，判断每行数据的测量时间与相邻行数据的测量时间的差值是否超过2t，若超过2t，则该行数据为缺省数据。
[0095] 错误数据：分别计算各组数据随时间的变化率，判断每列数据的变化率是否大于前列数据变化率的1.25倍，若是，则进一步判断该列数据是否超出正常数据范围，若两个判断条件均满足，则该列数据为错误数据。
[0096] 步骤S104中，本发明实施例提供的故障诊断方法如下：
[0097] 1)通过传感器采集太阳能电池阵列的温度以及辐照度，得到太阳能电池阵列在对应温度以及辐射照度条件下的I-V输出特性关系式。
[0098] 2)将太阳能电池阵列在正常工作时的I-V输出特性关系式作为标准I-V输出关系式，将检测到的组件间的电压值代入到所述标准I-V输出关系式中得到计算电流值，在每条支路上串接一个电流传感器检测支路电流。
[0099] 若电流传感器测得的电流值明显小于所述计算电流值，则该支路为故障支路；若电流传感器检测到的电流值为零，则该支路故障为断路故障。
[0100] 3)根据得到的I-V输出特性关系式，利用基于I-V输出特性的实际串联等效电阻计算式，计算出太阳能电池组件的实际串联等效电阻Rs1，通过基于环境参数的参考串联等效电阻计算式，计算出太阳能电池组件的参考串联等效电阻Rs。
[0101] 4)根据实际串联等效电阻Rs1与参考串联等效电阻Rs之间的比值得到K。
[0102] 5)根据K值大小判别太阳能电池阵列故障、电池组件老化或被遮挡的严重程度，K值越大遮挡或者老化程度越严重。
[0103] 步骤3)中本发明实施例提供的基于I-V输出特性的实际串联等效电阻计算式为：
[0104] RS1＝[ln((IL-(I+K1I))Io+1)·VT-V]/IN
[0105]
[0106]
[0107] 其中，RS1为实际串联等效电阻，IL为光生电流，I表示输出电流，V表示输出电压，K1为拟合系数，Io为等效二极管反向饱和电流，VT＝N·(Tk/q)，N为输出电压V值所对应的串联电池组件个数，k表示波尔兹曼常数，q表示电子电荷，G表示辐照度，Gref表示参考辐照度，T表示电池温度，Tref表示参考电池温度，α1为温度补偿系数，IsC为太阳能电池短路电流，β1为简化合并后的系数。
[0108] 基于环境参数的参考串联等效电阻计算式为：
[0109] RS＝(α·T+β·G)/N
[0110] 其中，RS为参考串联等效电阻，α是温度系数，β是辐照度系数。
[0111] 本发明实施例提供的I-V输出特性关系式为：
[0112]
[0113] 其中I表示输出电流，V表示输出电压，G表示辐照度，Gref表示参考辐照度，T表示电池温度，Tref表示参考电池温度，α是温度系数，为正数；β是辐照度系数，为一负数，α与β的值通过实验数据拟合得到，ISC为太阳能电池短路电流，α1为温度补偿系数，β1为简化合并后的系数，K1为拟合系数，VT＝N·(Tk/q)，其中N为输出电压V值所对应的串联电池组件个数，k表示波尔兹曼常数，q表示电子电荷。
[0114] 本发明工作时，首先，通过太阳能供电模块1利用太阳能电池板将太阳能转化为电能为建筑供电；通过太阳能参数采集模块2利用光伏监测设备采集太阳能电池板参数；其次，中央控制模块3通过数据处理模块4利用数据处理程序对太阳能数据进行清洗处理；通过电能存储模块5利用蓄电池将太阳能转化的电能进行存储；通过电池电压检测模块6利用电压传感器采集蓄电池的电压数据；通过电池温度检测模块7利用温度传感器采集蓄电池的温度数据；通过电池电流采集模块8利用电流采集器采集蓄电池的电流数据；通过电池均衡模块9对多个蓄电池进行均衡控制；通过电压调节模块10利用电压调节器调节供电电压；通过清洁模块11利用清洁装置对太阳能电池板进行清洁；然后，通过故障诊断模块12利用诊断电路对太阳能电池板进行故障诊断；最后，通过显示模块13利用显示器显示采集的太阳能电池板参数、故障诊断信息。
[0115] 在上述实施例中，可以全部或部分地通过
软件、
硬件、
固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以
计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、
计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个
网站站点、计算机、
服务器或
数据中心通过有线(例如同轴
电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、
微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是
磁性介质，(例如，
软盘、
硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
[0116] 以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单
修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
