光伏系统输出的测量
时间：10-02
整理：3721RD
点击：
由太阳能光伏，从可再生能源中获取能量市场蓬勃发展。在最简单的层面上，一个单一的住宅配备了太阳能光伏发电系统，发电自用电，送过给国家电网。在最高水平的公用事业规模的光伏电站和太阳能农场，有助于提高电网的弹性和帮助政府满足全球目标减少CO二排放。
同时，智能电网的概念已经成为国家电力基础设施提供了急需的升级途径。部署智能电表和非高峰关税将帮助公用事业满足高峰需求不过分增加整体能力。技术如“需求响应”和“交互能量将帮助我们有效地利用可再生能源发电。
对智能电网的成功关键是可视性、可控性、双向通信。这些关键的方面是双方的能源生产和消费需要准确的监测和分析，数据采集。
在测量和监测心、发电和能耗性能的电流传感器。本文将考虑选择一些典型的设备，以显示他们如何可以应用在智能电表和能源监控系统连接到光伏板。
Allegro提供一系列线性霍尔传感器和集成电流传感器覆盖的一些应用，包括光伏电池逆变器的输出侧，和非侵入性的测量和监控与智能仪表。
模拟设备，在电能计量的先驱，提供CN0241高边电流检测电路具有输入过压保护以及评价方案。
最后，该78M6613，78M6618，和78M6631 AC电源监控集成SoC器件提供单、三相系统的另一种方法，也是基于电流传感技术。
市场的增长
根据Lux Research公司的分析师，全球太阳能光伏市场将达到1550亿美元以2018的年复合增长率为10.5%。1供需趋于平衡一段时间后，供大于求的2011，压低了价格和利润。需求稳步增长，特别是在发展中国家寻求强大而创建高效的行业减少对化石燃料的依赖。
在美国的迅速发展，与目前的太阳能系统安装率估计在四分钟一次，根据另一家市场研究公司GTM研究。2此外，100万累计安装预测2016，市场将从2010增长10倍。
同时，GTM Research预测，全球智能电网市场的2020，超过4000亿美元，以8%的复合年增长率。智能电网数据分析已被确定为一个关键和快速成长的行业在这个市场，预计将达到2020美元97亿。它是公认的一个特别的“热”技术在欧洲。光伏监控供应商分为四类，单机产品的独立供应商，太阳能逆变器制造商，集成的太阳能系统供应商，以及工业和建筑管理系统公司。
它已经被欧洲领先的监控系统供应商，公司的能量估计，光伏系统的业主们无法监测性能通常会失去三到百分之六的潜在性能效率。然而，储蓄在快速检测（修正）的失败是说支付监控系统在不到2年的时间。
在短期内，任何大小的安装将从监控系统中受益，如果只检测效率的细胞或字符串失败或损失迅速。长期的采集和对时间和天气变化的性能数据分析可以提供有价值的信息维护、技术选择、设备的退化，以及，在效用水平，产量的预测，可以为未来的发展规划。
监控农场
监测能源生产以及在白天消耗是最大限度地提高效率并减少成本的重要能力，无论是在家庭或太阳能农场规模。一定程度的监控一直被纳入大型光伏设备。然而，直到最近，其潜在的价值已经得到认可。收集、存储和分析数据，在一个较长的时间尺度来确定真正的优化性能指标的核心。数据失败的光伏组件是有效的系统的数据是有用的。此外，光伏面板技术的日新月异，使得业务数据更重要的措施提高效率或节约成本。
监测系统的太阳能农场今天通常是高度复杂的，并且通常集成SCADA像厂监控软件平台和资产管理系统。软件通常是定期更新与新功能。环境传感器和气象站相结合，提供诸如辐射水平因素记录温度，和日照时数。事实上，气象数据已被确定为性能比规划的重要输入。
详细的数据监控报警和错误日志可以交叉引用子系统的拓扑结构和电路模型。分析软件可以进行绩效评估有意义的数据，识别程序和计划外的维修问题，并提供模型的未来。
家庭监测
在市场的另一端，安装光伏系统可以从一个监控系统一样，受益居民。在早期的设备不是一个典型的特征，监测系统现在已经成为流行的改造设备，可以从世界各地的公司几十。
一些智能能源监控，主要用于可视化家庭能源消费和使用智能电表的新一代的同时，也可以配置为与系统安装发电监控。最新国内光伏安装，面板制造商和系统供应商提供的监控计划的一部分。
国内的监控系统通常包括一个连接到逆变器直接或无线传感器单元。无线电发射机发送数据到显示单元，它可以被放置在一个方便的可见位置。根据监控的复杂性，该设备可以被编程来显示一系列数据，包括代电流率，前一天的生产，收入一天，历史数据，与以前的时间周期比较，以及所有警报系统是否已停止工作。许多系统允许数据被传输到电脑或智能手机，或是通过互联网访问。
在监控系统的心脏，无论是在太阳能农场或在家里，是一个基本的电能表从光伏板测量输出。这一数据形式的产量和性能比分析的基础上。国内系统通常把测量电流传感器和光传感器，感应LED脉冲从装系统。电流传感器被认为是给一个瞬时功率质量更好的阅读。
电流传感
Allegro MicroSystems公司指出，可再生能源占的比例越来越大，能源消费在全球范围内，太阳能和风能发电的领导方式。对此，该公司的目标是集成霍尔电流传感解决方案正视光伏和可再生能源市场，逆变器，电源转换和电源管理应用。
具有嵌入式高电压隔离传感器IC，适用于直流和交流电流传感。直流电流传感在逆变器的直流输入，设备需要高隔离电压，和相对较低的电流测量精度高。这些霍尔效应线性器件，具有低噪声输出电压信号，如交流电流传感在逆变器的输出端只适用。
一种典型的可再生能源监测装置
图3：典型的可再生能源监控的设置，显示电流传感器安装的光伏板和逆变器之间（DC-CS1），和之间的逆变器和功率计（AC-CS2）。
这个ACS758LCB是一个100个，双向设备在50到200的范围。它集成了一个精密，有铜传导路径靠近模具为单IC封装的低偏移的线性霍尔传感器电路。导体的电阻通常是100μΩ超低功率损耗时的感应电流高达200 A的包装设计也提供电隔离，3000 VRMS可以用很多线端的应用程序。
应用电流通过该铜制电流路径流动产生的磁场的霍尔IC转换成比例的电压。装置的精度是通过磁信号靠近霍尔传感器优化。精确的、成比例的输出电压由低偏移，斩波稳定的BiCMOS霍尔IC，这是程序在工厂的准确性。当用于光伏电池板产生的能量测量，精度是一个重要的特征，更使国内的应用，因为它可用于客户账单信息。
该器件的输出具有正斜率在增加电流流经初级铜传导路径，这是用于电流采样。的铜导体的厚度允许在高电流条件下生存的设备。传导通路的终端是电的信号隔离引脚（引脚1到3）。这使得该设备可用于要求电气隔离的光电隔离器或其它昂贵的隔离技术的应用。
主要用于交流电流传感，0到20A ACS712ELCTR，在倒装芯片封装，具有许多相同的设计结构和运行特点。差异包括导电通路的内部阻力，这是1.2mΩ，这个装置可以生存五倍的过电流条件下。评估板 ASEK712ELC-20A-T-DK是可用的。
高边电流检测
模拟设备支持多种计量的应用与各种设备的计量、隔离、电源管理、通信等功能。是的cn0241高侧电流监控解决方案具有输入过压保护。为了节省电力，电流检测电路可以关机，但允许电源，如太阳能电池板，继续经营。一个简化的示意图如图5所示。详细的电路 Note3 解释电路的功能和效益是可用的。
模拟设备 CN0241 高边电流检测
图5：简化的CN0241高边电流检测方案的原理图，从模拟设备。
目前的监测采用了ADA4096-2运放连接为一个差分放大器监控高边电流，该ADP3336低压降（LDO）线性稳压电源的电路，和AD7920 12位逐次逼近模数转换器。一个检测电阻包括另外四个电阻设置增益的差分放大器。
运算放大器具有输入过压保护，无相位反转或闭锁，32 V的较高和较低的电源轨的电压比。电路注解释说，这与电源排序的问题可能导致信号源，在放大器的物资是活动的应用程序是特别重要的应用。
当输出设定为5 V时，500mA LDO具有接受从5.2到12 V 输入电压范围的选择。它也可以用来对系统的其他部分提供电源。两个运放和LDO稳压器可以关机，如果必要的话。
对电路稍作修改，使CN0241监控输入电源电压为30伏，而不是连接运算放大器的V引脚5 V的LDO的电流，V引脚直接连接到输入电源监测。在这种配置中，该ADA4096-2是直接从输入电源供电。
电路评价和测试的 EVAL-CN0241-SDPZ 电路板一起使用 EVAL-SDP-CB1Z 系统演示平台。SDP控制板采用CN0241评价软件的，捕捉到的数据从当前遥感监测电路。
状态的洞察力
集成同时，指出准确测量产生的能量来自太阳能光伏设备提供了宝贵的洞察系统运行的状态。作为可再生能源成为网格更大比例的功率，最大州的电力公司将依靠这些能量测量的精度和速度保持供电而顺利的整合变量的来源。
关键的解决方案提供的准则是78m6613单相交流功率测量芯片的住宅监控系统的78m66188通道版本的较大规模的操作与测量多点，和78M6631三相功率测量和监测系统商业系统。
图6：最大的78M6613单相交流功率的测量电路框图。
的78m6613特点四模拟输入电压和电流传感器接口。测量反馈到综合的32位计算引擎通过Teridian公司单转换器技术（见图6），包括22位Δ∑模数转换器和多路复用器。将数字温度补偿精密电压基准为优于0.5%的测量精度在很宽的2000:1的动态范围。这些设备的精度和范围允许能源生产监控和衡量的屋顶太阳能电池板系统的性能，即使在最弱的阳光。
一个额外的8位微处理器内核2 KB XRAM和32 KB的闪存，硬件看门狗定时器，UART接口32 kHz的时间基地，和10个GPIO引脚完成配置。阵列中的电路仿真和开发工具，以及应用程序提供一个交钥匙的能量测量解决方案交流电源装置和高功率负载优化（分相）单位。
所有器件的评估板也可用。这个78M6631 EVM - 1 -通过USB电缆与PC机连接，车载78M6631是预先演示固件代码。在电路仿真适配器和三个电流互感器包括。
从屋顶板的公用事业规模的太阳能农场，监测光伏面板的性能是至关重要的，因此是一个快速增长的市场领域。电流传感和测量是最落后的能源监测系统的核心技术。一些典型的电路已被用来说明技术，包括交流和直流测量，具有高边电流检测，精度高、动态范围宽、过电压和过电流保护、低功率运行。
案例研究：结合智能监控和能量收集把人出燃料贫困
近1600万的美国家庭（7%）生活在燃料贫困，他们需要花费超过年收入10%的能源法案。在英国，这一比例更高，有320万的家庭（12%以上）在燃料贫困。
通过使用一系列现成的能源监控工具加上能量收集技术，对白，英国曼岛的社会住房社区，已经能够减少这些能源贫困人口数量。
最初的计划：电但没有监控
的挑战项目开始时把一些社区的贫穷成员国的能源法案的一个非常基本的尝试。所有的房子都是电加热和削减，当地政府已筹集资金改造房屋与太阳能和空气源热泵。
这导致轻微改善的家庭，但没有智能计量设备，人们不能调整自己的行为以更好地利用自由权。社区因此转向IBM的安迪斯坦福克拉克，另一个挑战的居民已经改造了第十五个世纪的茅草屋的家里，可能会宣布在推特是否有泄漏，如果球被吹，如果是使用太多的权力，即使老鼠陷阱发射了。
设备
每一家公司的电表，光伏电表，水表，都与现行成本发射机。此外，六个家电显示器也适合使用最大功率的装置。
他们所有的数据流到当前成本显示运行MQTT软件和连接到宽带路由器。最后，为了使它更容易知道当功率超过发电、多色LED指示灯也被应用，由一家中心guruplug X10控制器控制。
影响
很显然，光伏板不提供足够的能量，同时所有电器电源。这也表明，只有小的改变是必须的，例如跑步洗衣机和滚筒式烘干机连续的，而不是在同一时间，使电力需求低于太阳能门槛。
同时，智能电网的概念已经成为国家电力基础设施提供了急需的升级途径。部署智能电表和非高峰关税将帮助公用事业满足高峰需求不过分增加整体能力。技术如“需求响应”和“交互能量将帮助我们有效地利用可再生能源发电。
对智能电网的成功关键是可视性、可控性、双向通信。这些关键的方面是双方的能源生产和消费需要准确的监测和分析，数据采集。
英国的屋顶，科罗拉多太阳能农场
图1：来自英国的屋顶科罗拉多太阳能农场，能源监测的基本要求。图片来源（右）：史提夫威尔考克斯，国家可再生能源实验室。
在测量和监测心、发电和能耗性能的电流传感器。本文将考虑选择一些典型的设备，以显示他们如何可以应用在智能电表和能源监控系统连接到光伏板。
Allegro提供一系列线性霍尔传感器和集成电流传感器覆盖的一些应用，包括光伏电池逆变器的输出侧，和非侵入性的测量和监控与智能仪表。
模拟设备，在电能计量的先驱，提供CN0241高边电流检测电路具有输入过压保护以及评价方案。
最后，该78M6613，78M6618，和78M6631 AC电源监控集成SoC器件提供单、三相系统的另一种方法，也是基于电流传感技术。
市场的增长
根据Lux Research公司的分析师，全球太阳能光伏市场将达到1550亿美元以2018的年复合增长率为10.5%。1供需趋于平衡一段时间后，供大于求的2011，压低了价格和利润。需求稳步增长，特别是在发展中国家寻求强大而创建高效的行业减少对化石燃料的依赖。
在美国的迅速发展，与目前的太阳能系统安装率估计在四分钟一次，根据另一家市场研究公司GTM研究。2此外，100万累计安装预测2016，市场将从2010增长10倍。
同时，GTM Research预测，全球智能电网市场的2020，超过4000亿美元，以8%的复合年增长率。智能电网数据分析已被确定为一个关键和快速成长的行业在这个市场，预计将达到2020美元97亿。它是公认的一个特别的“热”技术在欧洲。光伏监控供应商分为四类，单机产品的独立供应商，太阳能逆变器制造商，集成的太阳能系统供应商，以及工业和建筑管理系统公司。
它已经被欧洲领先的监控系统供应商，公司的能量估计，光伏系统的业主们无法监测性能通常会失去三到百分之六的潜在性能效率。然而，储蓄在快速检测（修正）的失败是说支付监控系统在不到2年的时间。
在短期内，任何大小的安装将从监控系统中受益，如果只检测效率的细胞或字符串失败或损失迅速。长期的采集和对时间和天气变化的性能数据分析可以提供有价值的信息维护、技术选择、设备的退化，以及，在效用水平，产量的预测，可以为未来的发展规划。
从桌面到控制塔的能量监测
图2：从桌面节能监测控制塔。左：SMA sunnybeam家用监控系统。右：施耐德电气设备监控系统。
监控农场
监测能源生产以及在白天消耗是最大限度地提高效率并减少成本的重要能力，无论是在家庭或太阳能农场规模。一定程度的监控一直被纳入大型光伏设备。然而，直到最近，其潜在的价值已经得到认可。收集、存储和分析数据，在一个较长的时间尺度来确定真正的优化性能指标的核心。数据失败的光伏组件是有效的系统的数据是有用的。此外，光伏面板技术的日新月异，使得业务数据更重要的措施提高效率或节约成本。
监测系统的太阳能农场今天通常是高度复杂的，并且通常集成SCADA像厂监控软件平台和资产管理系统。软件通常是定期更新与新功能。环境传感器和气象站相结合，提供诸如辐射水平因素记录温度，和日照时数。事实上，气象数据已被确定为性能比规划的重要输入。
详细的数据监控报警和错误日志可以交叉引用子系统的拓扑结构和电路模型。分析软件可以进行绩效评估有意义的数据，识别程序和计划外的维修问题，并提供模型的未来。
家庭监测
在市场的另一端，安装光伏系统可以从一个监控系统一样，受益居民。在早期的设备不是一个典型的特征，监测系统现在已经成为流行的改造设备，可以从世界各地的公司几十。
一些智能能源监控，主要用于可视化家庭能源消费和使用智能电表的新一代的同时，也可以配置为与系统安装发电监控。最新国内光伏安装，面板制造商和系统供应商提供的监控计划的一部分。
国内的监控系统通常包括一个连接到逆变器直接或无线传感器单元。无线电发射机发送数据到显示单元，它可以被放置在一个方便的可见位置。根据监控的复杂性，该设备可以被编程来显示一系列数据，包括代电流率，前一天的生产，收入一天，历史数据，与以前的时间周期比较，以及所有警报系统是否已停止工作。许多系统允许数据被传输到电脑或智能手机，或是通过互联网访问。
在监控系统的心脏，无论是在太阳能农场或在家里，是一个基本的电能表从光伏板测量输出。这一数据形式的产量和性能比分析的基础上。国内系统通常把测量电流传感器和光传感器，感应LED脉冲从装系统。电流传感器被认为是给一个瞬时功率质量更好的阅读。
电流传感
Allegro MicroSystems公司指出，可再生能源占的比例越来越大，能源消费在全球范围内，太阳能和风能发电的领导方式。对此，该公司的目标是集成霍尔电流传感解决方案正视光伏和可再生能源市场，逆变器，电源转换和电源管理应用。
具有嵌入式高电压隔离传感器IC，适用于直流和交流电流传感。直流电流传感在逆变器的直流输入，设备需要高隔离电压，和相对较低的电流测量精度高。这些霍尔效应线性器件，具有低噪声输出电压信号，如交流电流传感在逆变器的输出端只适用。
一种典型的可再生能源监测装置
图3：典型的可再生能源监控的设置，显示电流传感器安装的光伏板和逆变器之间（DC-CS1），和之间的逆变器和功率计（AC-CS2）。
这个ACS758LCB是一个100个，双向设备在50到200的范围。它集成了一个精密，有铜传导路径靠近模具为单IC封装的低偏移的线性霍尔传感器电路。导体的电阻通常是100μΩ超低功率损耗时的感应电流高达200 A的包装设计也提供电隔离，3000 VRMS可以用很多线端的应用程序。
Allegro的ACS的范围50到200A 电流传感器
图4：快板的ACS 50到200A 电流传感器的方位功能图。
应用电流通过该铜制电流路径流动产生的磁场的霍尔IC转换成比例的电压。装置的精度是通过磁信号靠近霍尔传感器优化。精确的、成比例的输出电压由低偏移，斩波稳定的BiCMOS霍尔IC，这是程序在工厂的准确性。当用于光伏电池板产生的能量测量，精度是一个重要的特征，更使国内的应用，因为它可用于客户账单信息。
该器件的输出具有正斜率在增加电流流经初级铜传导路径，这是用于电流采样。的铜导体的厚度允许在高电流条件下生存的设备。传导通路的终端是电的信号隔离引脚（引脚1到3）。这使得该设备可用于要求电气隔离的光电隔离器或其它昂贵的隔离技术的应用。
主要用于交流电流传感，0到20A ACS712ELCTR，在倒装芯片封装，具有许多相同的设计结构和运行特点。差异包括导电通路的内部阻力，这是1.2mΩ，这个装置可以生存五倍的过电流条件下。评估板 ASEK712ELC-20A-T-DK是可用的。
高边电流检测
模拟设备支持多种计量的应用与各种设备的计量、隔离、电源管理、通信等功能。是的cn0241高侧电流监控解决方案具有输入过压保护。为了节省电力，电流检测电路可以关机，但允许电源，如太阳能电池板，继续经营。一个简化的示意图如图5所示。详细的电路 Note3 解释电路的功能和效益是可用的。
模拟设备 CN0241 高边电流检测
图5：简化的CN0241高边电流检测方案的原理图，从模拟设备。
目前的监测采用了ADA4096-2运放连接为一个差分放大器监控高边电流，该ADP3336低压降（LDO）线性稳压电源的电路，和AD7920 12位逐次逼近模数转换器。一个检测电阻包括另外四个电阻设置增益的差分放大器。
运算放大器具有输入过压保护，无相位反转或闭锁，32 V的较高和较低的电源轨的电压比。电路注解释说，这与电源排序的问题可能导致信号源，在放大器的物资是活动的应用程序是特别重要的应用。
当输出设定为5 V时，500mA LDO具有接受从5.2到12 V 输入电压范围的选择。它也可以用来对系统的其他部分提供电源。两个运放和LDO稳压器可以关机，如果必要的话。
对电路稍作修改，使CN0241监控输入电源电压为30伏，而不是连接运算放大器的V引脚5 V的LDO的电流，V引脚直接连接到输入电源监测。在这种配置中，该ADA4096-2是直接从输入电源供电。
电路评价和测试的 EVAL-CN0241-SDPZ 电路板一起使用 EVAL-SDP-CB1Z 系统演示平台。SDP控制板采用CN0241评价软件的，捕捉到的数据从当前遥感监测电路。
状态的洞察力
集成同时，指出准确测量产生的能量来自太阳能光伏设备提供了宝贵的洞察系统运行的状态。作为可再生能源成为网格更大比例的功率，最大州的电力公司将依靠这些能量测量的精度和速度保持供电而顺利的整合变量的来源。
关键的解决方案提供的准则是78m6613单相交流功率测量芯片的住宅监控系统的78m66188通道版本的较大规模的操作与测量多点，和78M6631三相功率测量和监测系统商业系统。
图6：最大的78M6613单相交流功率的测量电路框图。
的78m6613特点四模拟输入电压和电流传感器接口。测量反馈到综合的32位计算引擎通过Teridian公司单转换器技术（见图6），包括22位Δ∑模数转换器和多路复用器。将数字温度补偿精密电压基准为优于0.5%的测量精度在很宽的2000:1的动态范围。这些设备的精度和范围允许能源生产监控和衡量的屋顶太阳能电池板系统的性能，即使在最弱的阳光。
一个额外的8位微处理器内核2 KB XRAM和32 KB的闪存，硬件看门狗定时器，UART接口32 kHz的时间基地，和10个GPIO引脚完成配置。阵列中的电路仿真和开发工具，以及应用程序提供一个交钥匙的能量测量解决方案交流电源装置和高功率负载优化（分相）单位。
所有器件的评估板也可用。这个78M6631 EVM - 1 -通过USB电缆与PC机连接，车载78M6631是预先演示固件代码。在电路仿真适配器和三个电流互感器包括。
78M6631的准则评估板
图7：为78M6631三相功率测量和监控IC评估板。
概要
从屋顶板的公用事业规模的太阳能农场，监测光伏面板的性能是至关重要的，因此是一个快速增长的市场领域。电流传感和测量是最落后的能源监测系统的核心技术。一些典型的电路已被用来说明技术，包括交流和直流测量，具有高边电流检测，精度高、动态范围宽、过电压和过电流保护、低功率运行。
案例研究：结合智能监控和能量收集把人出燃料贫困
近1600万的美国家庭（7%）生活在燃料贫困，他们需要花费超过年收入10%的能源法案。在英国，这一比例更高，有320万的家庭（12%以上）在燃料贫困。
通过使用一系列现成的能源监控工具加上能量收集技术，对白，英国曼岛的社会住房社区，已经能够减少这些能源贫困人口数量。
最初的计划：电但没有监控
的挑战项目开始时把一些社区的贫穷成员国的能源法案的一个非常基本的尝试。所有的房子都是电加热和削减，当地政府已筹集资金改造房屋与太阳能和空气源热泵。
这导致轻微改善的家庭，但没有智能计量设备，人们不能调整自己的行为以更好地利用自由权。社区因此转向IBM的安迪斯坦福克拉克，另一个挑战的居民已经改造了第十五个世纪的茅草屋的家里，可能会宣布在推特是否有泄漏，如果球被吹，如果是使用太多的权力，即使老鼠陷阱发射了。
设备
每一家公司的电表，光伏电表，水表，都与现行成本发射机。此外，六个家电显示器也适合使用最大功率的装置。
他们所有的数据流到当前成本显示运行MQTT软件和连接到宽带路由器。最后，为了使它更容易知道当功率超过发电、多色LED指示灯也被应用，由一家中心guruplug X10控制器控制。
图8：Chale 项目
影响
很显然，光伏板不提供足够的能量，同时所有电器电源。这也表明，只有小的改变是必须的，例如跑步洗衣机和滚筒式烘干机连续的，而不是在同一时间，使电力需求低于太阳能门槛。