四信通信：基于ZigBee技术的光伏阵列监测方案（图）

太阳能(也称光伏)电站大多是由数以百计、千计的光伏电池板组成的。光伏电站工作的稳定性和输出功率与光伏阵列是相关的，甚至与每一块光伏电池板的工作状 态相关。如何对庞大的光伏阵列进行监测和故障诊断是维持光伏电站正常工作的首要问题。目前，光伏阵列的主要问题是热斑现象。所谓的热斑现象就是光伏电池板 中部分光伏电池单体由于长时间被遮挡，导致其产生的电流小于其他没被遮挡的光伏电池单体产生的电流，根据基尔霍夫电压定律，这些被遮挡的光伏电池单体会带 负电压，成为电路中的负载，并以热量形式消耗其他正常工作的光伏电池单体产生的功率，这种热量的长时间积累会损坏光伏电池板的封装材料，甚至破坏光伏电池 板的物理结构，并将造成永久损坏。

目前，光伏阵列的监测方法主要有直接法和间接法。直接法是直接测量每块电池板的电压和电流，用总线技术将数据送入计算机判断。该方法存在规划布线、预设接 口、线路检测、线路扩容等一系列与传输路径有关的问题。间接法是通过测量电池的温差来判断电池的工作状态。然而此种方法存在一些缺陷，如不能区分温度相差 不明显的状态，实时性差，故障检测的精度和效率取决于检测设备(红外热像仪)的等级，不易实现在线故障分析和报警等等。

对比上述两种监测方法，利用无线传感器网络对光伏阵列进行监测具有无可比拟的优越性。无线传感器网络向三维空间传送数据，中间无需导体介质，节省人力和维 护费。网络自组织性和容错性高，易于重新布网。监测数据无人为干扰，所获数据资料原始准确，有利于科学研究及系统后续改进与优化。

该方案基于ZigBee技术的光伏阵列监测系统，采用四信ZigBee设备组网。

1 项目架构实施方案

1. 1 系统组成

整个系统架构划分为三层：采集终端层、数据传输层和应用管理层。采集终端层起执行者的作用，包含监测节点和中心节点。监测节点将采集到的数据以多跳的形式 传输给中心节点。中心节点负责将ZigBee监测区域子网内的数据传递给数据传输层。数据传输层起代理人的作用，负责整合采集层上传的数据并发送至应用管 理层。应用管理层主要是监控中心，起决策者的作用，负责数据的分析判断和系统的管理维护，实现远程实时监控查询和预警。

1.1.1采集终端层设备

整个系统的正常运行需要实时监控多个参数的运行状况，采集终端层设备就是用于实现各个监控节点的参数采集，例如，光伏组件电压、电流采样模块负责采样光伏 组件的电压电流数值，判断光伏组件是否发生故障，温度、湿度、光照等传感器负责采样环境数据，为系统优化和光伏组件调整提供数据支持，采集终端层设备采集 到的数据通过串口发送给四信ZigBee传输设备，或者也可以通过四信ZigBee设备直接采集系统的模拟量数据。