污染检测设备和方法与流程
本公开涉及一种污染检测设备和方法。
背景技术：
干旱和沙漠地区中的太阳能光伏(pv)设施受到频繁污染的潜在影响，污染是由于悬浮的灰尘，沙子和其他空中传播微粒在pv板表面上的沉淀而造成的。在潮湿的天气中，这种影响变得更加严重，在这种情况下，颗粒会累积地粘附在pv表面上，形成厚而基本上不透明的污染层。这种情况证明是一个严重的问题，它降低了pv电站的效率，进而降低了其盈利能力。
因此，pv电站操作员可以按预先制定的频率(例如每月或每两周)对光伏板运行定期清洁事件。然而，例如基于天气条件的变化，清洁事件的实际需求可能会发生变化。这可能不利地影响预先制定的清洁事件的最佳操作。例如，清洁事件可以在板不需要清洁时发生或安排，或者可以在板可能实际需要清洁后发生。
可以解决此问题的一种方式是检测pv板的污染等级。然后，可以在板需要清洁，例如污染等级达到某个污染阈值时，安排清洁事件。一种检测污染等级的安排是安装两个pv模块。包括第一pv板的第一pv模块被定位成暴露于与光伏电站，例如包括多个pv模块的光伏电站，所经历的基本相同的污染条件。基本类似于第一pv模块的包括第二pv板的第二pv模块被定位成接收与第一pv模块基本相同的太阳辐射。第二个pv模块旨在要保持在清洁状态，使污染不应实质影响其输出。然后可以将第一pv模块和第二pv模块的输出进行比较以估计污染等级。
然而，为了保持第二pv模块清洁，可能需要定期且频繁的清洁事件。可替代地，一些安排使用盖来保护第二pv的表面免受污染沉积物的影响，当要执行污染测量时，该盖可以自动或手动移开。然而，这样的安排可能是昂贵的、机械上复杂的并且容易发生故障。
技术实现要素：
本公开的示例试图解决或至少减轻以上问题。
在第一方面，提供了一种污染检测设备，可操作以便检测光伏板的污染等级，该设备包括：光伏板，可操作以便响应于入射到光伏板上的光并依从于光伏板的污染等级来产生电输出；日射强度计，可操作以便产生与入射在日射强度计上的光的辐照度等级有关的辐照度信号，该日射强度计相对于光伏板被定位，使得光伏板和日射强度计可以接收彼此基本相同的太阳辐射等级；计算装置，可操作以便从辐照度信号计算与在预定工作条件下光伏板的理想电输出有关的参考输出值；测量装置，可操作以便测量在预定工作条件下光伏板的电输出；比较装置，可操作以便将测得的在预定工作条件下光伏板的电输出与参考输出值进行比较，以便产生比较值；以及输出装置，可操作以便当比较值大于清洁阈值时，输出清洁信号。
在第二方面中，提供了一种污染检测方法，用于使用污染检测设备来检测光伏板的污染等级，该污染检测设备包括光伏板和日射强度计，日射强度计相对于光伏板被定位使得光伏板和日射强度计可以接收彼此基本上相同的太阳辐射等级，该方法包括：由光伏板响应于入射在光伏板上的光并且依从于光伏板的污染等级来产生电输出；由日射强度计产生与入射在日射强度计上的光的辐照度等级有关的辐照度信号；从辐照度信号计算参考输出值，该参考输出值与在预定工作条件下光伏板的理想电输出有关；测量在预定工作条件下光伏板的电输出；将测得的在预定工作条件下光伏板的电输出与参考输出值进行比较，以便产生比较值；以及，当比较值大于清洁阈值时，输出清洁信号。
其他方面和特征在所附权利要求中定义。
本公开的示例可以使用光伏板和日射强度计来检测污染等级。例如，通过使用一个光伏板，可以降低成本，并且可以提高测量的灵活性和可靠性。另外，本公开的示例可以帮助减少对清洁的需要或使用机构以保持参考pv板清洁以便进行污染检测的要求。例如，可以减少对本公开的示例的pv板的清洁的需要，因为可以根据从由日射强度计测得的辐照度计算出的参考输出值来预测可能与对于基本上清洁的pv板可能发生的期望输出相对应的期望输出。
例如，通过，将测得的pv板的电输出与基于由日射强度计产生的辐照度信号的参考输出值进行比较，可以获得污染等级的指示。例如，如果比较值大于清洁阈值，则输出清洁信号。例如，清洁信号可以指示pv板，并且因此指示设备所在的pv电站中的其他pv板，可能需要清洁。因此，例如，可以依从于检测到的污染等级适当安排清洁事件，并且因此可以改善清洁事件的效率，同时可以减少或消除对参考pv板的清洁需求。另外，本公开的示例可以允许例如基于测得的在某位置处污染等级更容易地确定所建议的pv电站的该位置的适合性。
附图说明
现在将仅通过示例的方式参考附图来描述本公开的示例，在附图中，相同的附图标记指代相同的部分，并且在附图中：
图1是用于使用两个光伏板测量污染的安排的示意图；
图2是根据本公开的示例的污染检测设备的示意图；
图3是根据本公开的示例的污染检测设备的示意性电路图；
图4是晶体硅光伏板的污染的示意图；
图5是薄膜光伏板的污染的示意图；
图6是在根据本公开的示例的在污染检测设备中使用的微控制器的示意性引脚布局图；
图7是根据本公开的示例的用于对污染检测设备的微控制器进行编程的设备的示意图；
图8是根据本公开的示例的用于向微控制器提供电力的电压调节电路的示意性电路图；
图9是根据本公开的示例的在污染检测设备中使用的电压调节器的示意性引脚布局图；
图10是根据本公开的示例的在污染检测设备中使用的日射强度计和分流电阻器的连接布局的示意图；
图11是根据本公开的示例的在污染检测设备中使用的来自微控制器的输出信号路径的示意图；
图12是根据本公开的示例的在污染检测设备中使用的电压调节电路与光传感器的连接的示意性电路图；
图13是根据本公开的示例的用于使用污染检测设备来检测光伏板的污染等级的方法的流程图；和
图14a和图14b是根据本公开的示例的用于通过测量跨越分流电阻器的电压来检测光伏板的污染等级的方法的流程图。
具体实施方式
一种污染检测设备和污染检测方法被公开。在以下描述中，呈现了许多具体细节以便提供对本公开的示例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，不必采用这些具体细节来实践本公开的示例。相反，为了清楚地呈现示例，省略了本领域技术人员已知的具体细节。
图1是用于使用两个光伏板测量污染的安排的示意图。如上所述，用于检测污染的先前安排可以使用两个光伏板来检测污染等级。该先前安排包括第一光伏模块10和第二光伏模块12。第一pv模块10包括第一pv板，而第二pv模块12包括第二pv板。第一pv板被定位成暴露于与由光伏电站，例如包括多个pv模块的光伏电站，所经历的那些污染条件基本相同的污染条件。第二pv模块12基本上类似于第一pv模块10，并且被定位成接收与第一pv模块10基本相同的太阳辐射。第二pv模块12旨在保持在清洁状态，使之污染基本上不应该影响其输出。然后可以将第一pv模块10和第二pv模块12的输出进行比较以估计污染等级。然而，如上所述，为了保持第二pv模块的清洁，可能需要定期且频繁的清洁事件。可替代地，一些安排使用盖来保护第二pv的表面免于污染沉积物的影响，当要执行污染测量时，该盖可以自动或手动移开。然而，这样的安排可能是昂贵的、机械上复杂的并且容易发生故障。此外，试图在潮湿气候的干旱沙漠地区始终保持pv板的清洁可能是一个沉重的负担。
图2是根据本公开的示例的污染检测设备20的示意图。在示例中，污染检测设备20可操作以检测光伏板的污染等级。在示例中，该设备包括光伏板22，该光伏板22可操作以响应于入射在板22上的光并且依从于光伏板22的污染等级来产生电输出。在示例中，pv板22是薄膜pv板。在示例中，pv板22是薄膜cdtepv板，由firstsolar制造的型号。然而，会被理解，可以使用其他类型的pv板，例如多晶硅板。
在示例中，该设备还包括日射强度计24，可操作以产生与入射在日射强度计24上的光的辐照度等级有关的辐照度信号。日射强度计通常用于测量太阳辐照度。典型的日射强度计包括白色的金属外壳，该金属外壳包括一个半球形的玻璃穹顶，黑色金属吸收体位于玻璃穹顶下，因此可以通过入射在穹顶上的太阳辐照度对黑色金属吸收体进行加热。典型地，热电堆日射强度计包括热电偶，并且测量吸收器和金属外壳之间的温度差以产生电压。该电压通常与太阳辐照度值成比例。换句话说，例如，日射强度计通常可以通过测量热差来操作。因此，日射强度计不太可能需要像在使用包括pv参考电池的辐照度检测器的情况下可能会发生的频繁清洁。
在示例中，日射强度计24包括由kipp&zonen生产的型号为cmp10的日射强度计，其具有在0-1v的范围内的典型输出电压。更一般地，在示例中，日射强度计包括热电堆日射强度计。然而，会被理解，可以使用其他合适的日射强度计。
在示例中，日射强度计24相对于光伏板22定位，使得光伏板22和日射强度计24可以接收彼此基本相同的太阳辐射等级。例如，pv板22和日射强度计24可以具有彼此基本相同的角度和取向，并且被定位成使得当污染检测设备20被部署在合适的位置时它们不会彼此遮挡太阳辐射。
在示例中，设备20包括基座和安装在基座上的支撑杆28，以便能够支撑pv板22和日射强度计24。在示例中，pv板22安装在支撑杆28的顶部上。在示例中，支撑杆包括由厦门新福森电力有限公司制造的杆，其型号为sfs-p-60。在示例中，使用例如由厦门新福森电力有限公司制造的，型号为sfs-md-01的pv支架将pv板22安装到杆28。然而，会被理解，可以使用其他合适的支撑杆和pv支架。
在示例中，设备20包括臂30，该臂30在臂30的第一端30a处被安装到支撑杆28，以便远离支撑杆28延伸。在示例中，日射强度计24安装在臂30的第二端30b上，以便具有与pv板22基本相同的角度和取向。
在示例中，设备20包括安装在基座26和pv板22之间的支撑杆28上的电路外壳32。在示例中，电路外壳32容纳用于测量pv板22的污染等级的电路，如将在下面更详细描述的。在示例中，电路外壳32包括由浙江b&j电气有限公司制造的型号为2520/150的外壳，并且具有ip66的环境保护等级。在示例中，电路外壳32至少具有ip54的环境保护等级，以便能够保护电路免受周围环境的影响并有助于降低故障的风险。然而，会被理解，可以使用其他合适的外壳来容纳设备20的电路。
在示例中，设备20包括安装在基座26上的电池外壳34。在示例中，电池外壳34容纳用于向设备20的输出信号电路供电的电池。在示例中，该电池还可以用于向设备20的测量电路提供电力。在示例中，电池外壳34包括由
在示例中，设备20可以定位在包括用于发电的多个pv板的pv电站处，以便接收与pv电站的一个或多个pv板基本相同的污染。换句话说，在示例中，pv电站包括设备20。换句话说，更一般地在示例中，光伏电站包括多个用于发电的光伏板和污染检测设备20，其中污染检测设备相对于光伏电站的一个或多个光伏板定位以便接收与光伏电站的一个或多个光伏板基本相同的污染。设备20因此可以帮助提供是否pv电站的pv板需要清洁的指示。
在示例中，设备20还可以用作独立单元，例如，以便评定pv电站的未来站点的适合性。
图3是根据本公开的示例的污染检测设备20的示意性电路图。在示例中，污染检测设备20包括用于测量pv板22的污染等级的污染检测电路。
在示例中，污染检测电路可以充当计算装置，该计算装置可操作以从辐照度信号来计算参考输出值，该参考输出值与在预定工作条件下的光伏板的理想电输出有关。在示例中，污染检测电路可以充当测量装置，该测量装置可操作以便测量在预定工作条件下光伏板的电输出。在示例中，污染检测电路可以充当比较装置，该比较装置可操作以将测得的在预定工作条件下光伏板的电输出与参考输出值进行比较，以产生比较值。在示例中，污染检测电路可以充当输出装置，该输出装置可操作以便当比较值大于清洁阈值时，输出清洁信号。
例如，本公开的污染检测设备和方法可以帮助提供污染等级的更可靠的指示。此外，例如，可以减少对污染检测设备进行定期清洁的需要或者对复杂设备帮助将基准pv板保持在清洁状态的需要，因为例如由于辐照度测量是基于热测量，日射强度计比pv板受污染的影响较小。
因此，例如，从辐照度信号计算出的参考输出值可以与pv板22的例如如果pv板是清洁的理想工作条件有关。换句话说，例如，参考输出值与在基本上清洁的状态下的pv板的预期电输出值有关。例如通过将测得的在预定工作条件下pv板22的电输出与参考输出值进行比较，例如基于比较值可以获得pv板22的污染等级的指示。例如，如果比较值大于清洁阈值，则设备可以输出清洁信号。在示例中，清洁信号指示pv板需要清洁，尽管它可以指示其他条件，例如估计的在其后pv板需要清洁的未来时间周期。在示例中，清洁信号与pv板22的污染等级有关。因此，例如，由于在比较值大于清洁阈值时可以输出清洁信号，因此也可以减小需要运行无效率的预定清洁事件的频率。另外，例如，除非清洁pv电站的pv板，否则pv板22可能不需要清洁。设备20可以例如还帮助确定是否存在pv电站故障。例如，如果pv电站的输出低于故障阈值并且比较值小于清洁阈值，则可以输出pv电站故障信号。
在示例中，污染检测电路包括pv板22，日射强度计24，微控制器36，分流电阻器38，电压调节器40，充电控制器42，光传感器44，电池46，第一继电器48，第二继电器50，第三继电器52，第四继电器54和开关56。在示例中，微控制器36，分流电阻器38，电压调节器40，充电控制器42，第一继电器48，第二继电器50，第三继电器52，第四继电器54和开关56被容纳在电路外壳32内。然而，会被理解，可以使用用于容纳电路的一个或多个组件的其他安排。
污染检测电路的操作将在下面更详细地描述。
在示例中，第一继电器48，第二继电器50，第三继电器52和第四继电器54可操作地连接到微控制器36的输出(o/p)引脚，以便能够与微控制器36电连通。在示例中，第二继电器50，第三继电器52和第四继电器54是单刀单掷继电器。然而，会被理解，可以适当地使用其他类型的继电器。在示例中，第二继电器50，第三继电器52和第四继电器54用于提供与pv板22的污染等级有关的多个输出信号。在示例中，输出信号包括第一输出信号50a，第二输出信号52a和第三输出信号54a，分别经由来自电池46的电流路径57。
在示例中，电压调节器40，开关56和光传感器44可操作地连接至微控制器36，以便能够向微控制器36提供电力。在示例中，微控制器36包括内部存储器，尽管会被理解可以使用外部存储器。在示例中，pv(板)可操作地通过分流电阻器38和第一继电器48连接到微控制器36的输入(l/p)引脚，以便能够与微控制器36电连通。在示例中，pv板22可操作地通过充电控制器42和第一继电器48连接到电池46，以便能够例如当不执行污染检测时，对电池46充电。在示例中，日射强度计24可操作地经由第一继电器48耦合到微控制器36的输入引脚(i/p)，以便能够与微控制器36电连通。在示例中，第一继电器48是双刀双掷继电器。如前所述，污染检测电路的组件的操作将在下面更详细地描述。
图4是晶体硅光伏板的污染的示意图，而图5是薄膜光伏板的污染的示意图。特别地，图4示意性地示出了包括多个晶体硅光伏电池(诸如pv电池60a，60b，60c和60d)的晶体硅pv板58。图4示意性地示出了遮挡两个电池的污染贴片62。例如，可能的是，污染或遮蔽(例如污染贴片62)可以阻塞pv板58的一个或多个pv电池的整个区域。这可能意味着与由污染贴片62遮挡的电池串联连接的任何电池可能是无效的。例如，这样的电池可能几乎不产生电流或根本不产生电流，并且基于污染等级可以认为全部或部分停止运行。因此，使用晶体硅pv板作为参考来检测污染等级可能给出不准确的结果。
图5示意性地示出了pv板22的示例。如上所述，在示例中，pv板22包括薄膜pv板。与晶体硅pv板相比，薄膜pv板通常包括多个pv电池(例如pv电池63a，63b，63c，63d)，每个均形成为窄条，例如沿着板的整个长度从一侧到另一侧延伸。换句话说，更一般地，在示例中，光伏板22包括多个薄膜光伏电池。图5示意性地示出了污染贴片64相对于板22的位置与污染贴片62相对于晶体硅板58的位置基本上相同。在图5的示例中，污染贴片64具有与图4中所示的污染贴片62基本相同的形状和大小。然而，由于示例中的pv板22的电池基本上沿板的整个长度从一侧到另一侧延伸，因此可以减少一个电池或多个电池的整个区域被污染贴片(例如污染贴片64)遮挡的风险。因此，使用薄膜pv板可以帮助提高污染测量的可靠性和准确性。
图6是根据本公开的示例的在污染检测设备中使用的微控制器的示意性引脚布局图。特别地，图6示出了微控制器36的引脚布局。在示例中，微控制器36包括由atmel公司生产的atmega32型40引脚pdip的8位微控制器。然而，会被理解，可以使用其他微控制器。引脚33至40与模数转换器有关。引脚10vcc，引脚11gnd和引脚31gnd可用于为微控制器提供电力，例如从5伏电源提供电力。引脚30avcc也可以连接到电源(例如5v电源)，并且应电连接到引脚10vcc。引脚13xtal1和引脚12xtal2可以用于内部反相振荡器放大器方面，例如用于连接到外部示波器以进行测试(如果需要)，或者例如充当外部时钟信号。引脚32aref可用作adc引脚33至40的模拟参考引脚，并且引脚9reset可以允许微控制器被复位。引脚1-7(pb0-pb7)，引脚22-29(pc0-pc7)和引脚14-21(pd0-pd7)可以充当8位双向i/o(输入/输出)端口例如提供一个或多个输出信号和/或用于对微控制器36进行编程。
图7是根据本公开的示例的用于对污染检测设备20的微控制器36进行编程的设备的示意图。在示例中，用于对微控制器36进行编程的设备包括通用计算机66，接口板68和微控制器36(为了易于理解图，在图7的示例中示出了图6的微控制器36的引脚布局图的一部分)。在示例中，微控制器36的引脚6-11可操作地通过合适的缆线和连接器连接到接口板68。可以通过引脚10vcc和引脚11gnd从接口板68向微控制器36提供电力。在示例中，以合适的编程语言编写的程序通过接口板68可以从计算机66加载到微控制器36，使微控制器可以帮助提供本文所描述的设备的功能。在示例中，编程语言是c++，尽管会被理解，可以使用其他合适的编程语言，并且可以使用用于对微控制器进行编程的其他设备。在示例中，污染检测电路包括接口端口，该接口端口可通过安装到外壳32的合适的连接器连接到接口板。因此，在示例中，污染检测设备的工作条件可以根据需要(例如如果需要不同的测量时间范围或持续时间)进行变化或修改。更一般地，在示例中，微控制器是外部可编程的，以便控制污染检测设备的功能。这可以帮助提供用于提供污染检测的更灵活的测量系统。
在示例中，从电压调节器40向微控制器36提供电力。图8是根据本公开的示例的用于向微控制器提供电力的调压电路的示意性电路图。特别地，在示例中，电压调节器40包括如图8中所示的电压调节电路。
在示例中，电压调节电路包括电压调节集成电路70，电池72，第一电容器74和第二电容器76。在示例中，电压调节集成电路70是由stmicroelectronics(rtm)制造的型号lm7805的正电压调节集成电路(ic)，其引脚布局如图9的示例中示意性所示。在示例中，电池是9伏电池(例如pp3电池)，第一电容器74是10μf电解电容器，而第二电容器是0.10μf的电解电容器，连接如图8中所示。然而，会被理解，可以使用其他合适的电压调节ic，电容器和电池。在其他示例中，电池可以是具有适当的合适电压调节的电池46。在示例中，电压调节器电路可操作地经由微控制器36的引脚10vcc和引脚11gnd连接至微控制器36，以便能够提供5伏电源。
图10是在根据本公开的示例的污染检测设备中使用的日射强度计和分流电阻器的连接布局的示意图。特别地，图10的示例示出了分流电阻器38，日射强度计24和微控制器引脚布局的一部分(为了易于理解图)。在示例中，为了能够测量日射强度计24的输出电压，日射强度计24可操作地经由引脚31gnd和引脚40pa0(adc0)连接至微控制器36的第一模数转换器(adc)。更一般地，在示例中，日射强度计24的输出电压可以被认为是与入射在日射强度计24上的光的辐照度等级有关的辐照度信号。
在示例中，分流电阻器38可操作地连接至微控制器36，以便能够与微控制器36电连通。在示例中，分流电阻器可操作地经由引脚31gnd和引脚39pa1(adc1)连接至微控制器36的第二模数转换器(adc)，以便能够测量跨越分流电阻器38的电压。在示例中，分流电阻器38包括caddockelectronics的sr10型的分流电阻器，具有1w的额定值以及0.008ω的电阻，并且具有11a的最大工作电流。它在高达70摄氏度的温度下也能工作，基本上没有额定负载降低，这可以使其更适合在干旱和沙漠地区中使用。在示例中，pv板22(例如，型号fs-4115-3)的最大短路电流是1.83a。因此，例如，pv板22的电输出，例如pv板22的短路电流，可以使用分流电阻器38来测量并且可以通过欧姆定律从输入到微控制器36的第二adc的电压来计算。然而，会被理解，其他分流电阻器和pv板可以被使用，并且，以其他合适的方式，例如通过电流表或电压表测量pv板22的电输出。
更一般地，在示例中，污染检测设备包括分流电阻器38，该分流电阻器38安排成可连接在光伏板22的输出端子之间，其中，测量装置(例如微控制器36)可操作以便通过跨越分流电阻器38的连接来测量短路电流。换句话说，在示例中，预定工作条件是光伏板22的短路电流。在其他示例中，预定工作条件是pv板22的电流电压曲线上pv板22可操作以输出最大功率的位置。然而，这可能随pv板22的工作温度而变化，并且可能需要更复杂的电路来设置预定的工作条件。在示例中，pv板22的短路电流基本上与太阳辐照度成正比，并且太阳能电池温度的变化通常是无关紧要的。例如，对于在本公开的示例中使用的pv板22(fs-4115-3)，与在25℃的标准测试条件下的短路电流相比，短路电流可以改变0.04％/℃。相比之下，来自示例的pv板fs4113-3的最大功率输出与在25℃下的标准测试条件相比可能改变0.28％/℃。通常，其他光伏板和模块对于短路电流和最大功率具有相似的的温度依从趋势。因此，例如，短路电流的测量可以提供污染等级的更准确指示，并且有助于简化检测污染等级所需的电路。
在示例中，将测得的pv板22的与板22的污染等级有关的短路电流与基于辐照度信号从日射强度计24的输出计算出的pv板22的预期短路电流进行比较。更一般地，如上所述，在示例中，污染检测设备可操作以便将测得的在预定工作条件下光伏板的电输出(例如，pv板22的短路电流)与参考输出值(例如来自日射强度计24)进行比较，以便产生比较值。在示例中，比较值可以用于确定与污染等级有关的清洁信号或其他信号是否可以被输出，如稍后将在下面更详细地描述的。
图11是根据本公开的示例的在污染检测设备中使用的来自微控制器的输出信号路径的示意图。在图11所示的示例中，微控制器的引脚1pbo(xck/t0)和引脚11gnd可操作以便例如基于比较值依从于微控制器36的逻辑电平来输出第一逻辑信号。在示例中，第一逻辑信号是0v或5v，尽管会被理解，可以使用其他合适的逻辑信号。在示例中，微控制器36的引脚1和11可以可操作地连接到第二继电器50a，以便允许产生第一输出信号50a。在示例中，当比较值大于清洁阈值时，第一输出信号50a可操作以便被输出。
在示例中，微控制器的引脚2pb1(t1)和引脚11gnd可操作以便例如基于比较值依从于微控制器36的逻辑电平来输出第二逻辑信号。在示例中，第二逻辑信号是0v或5v，尽管会被理解，可以使用其他合适的逻辑信号。在示例中，微控制器36的引脚2和11可以被可操作地连接到第三继电器52，以便允许产生第二输出信号52a。在示例中，第二输出信号52a是警告信号，其例如指示可能很快需要清洁事件。在示例中，警告信号可操作以便当比较值在警告阈值和清洁阈值之间时被输出。在示例中，警告阈值低于清洁阈值。在其他示例中，可以省略警告信号并且不使用第三继电器52。
在示例中，微控制器的引脚3pb2(ain0/int2)和引脚11gnd可操作以便例如基于比较值依从于微控制器36的逻辑电平来输出第三逻辑信号。在示例中，第三逻辑信号是0v或5v，尽管会被理解，可以使用其他合适的逻辑信号。在示例中，微控制器36的引脚3和11可以被可操作地连接到第四继电器54，以便允许产生第三输出信号54a。在示例中，第三输出信号54a是可操作地以便当比较值小于或等于清洁阈值时被输出。在示例中，第三输出信号54a是休眠信号，例如指示光伏板不需要清洁。在实施警告信号的示例中，当比较值小于清洁阈值且还小于警告阈值时，输出第三输出信号54a。因此，例如，休眠信号可以允许pv电站操作员确定不需要安排清洁事件，并且因此可以帮助提高清洁事件的定时的效率。
尽管已经分别参考第一，第二和第三输出信号50a，52a和54a描述了引脚1、2、3和11，然而会被理解，可以使用微控制器的其他合适的引脚。还会被理解，可以以其他合适的方式产生休眠信号，清洁信号和警告信号。另外，在示例中，第一输出信号50a，第二输出信号52a和第三输出信号54a中的一个或多个可用于用电池46通过电流路径57形成电池与信号元件(例如灯或诸如扬声器或压电蜂鸣器的音频输出元件)之间的电流路径。
图12是根据本公开的示例的在污染检测设备20中使用的电压调节电路到光传感器44的连接的示意性电路图。如上所述，在示例中，污染检测设备包括光传感器44。在示例中，光传感器44可操作以便检测入射在光传感器44上的光的照明等级。在示例中，设备20可操作以便当照明等级大于阈值照明等级时，执行污染等级的检测。在示例中，光传感器44包括由atoplee制造的as-20型光传感器开关。在示例中，例如，阈值照明等级可以使得在白天中执行污染检测。
在示例中，污染检测电路包括开关56。在示例中，开关56可操作地连接在电压调节器40和光传感器44之间，尽管会被理解，其他布线配置是可能的。在示例中，开关56可操作以提供手动超驰控制(override)，以便可以在用户的刺激下执行污染检测循环。在示例中，开关56包括拨动开关，例如由carlingtechnologies制造的st系列拨动开关。然而，会被理解，可以使用任何合适类型的开关。在示例中，开关56允许污染检测测量的手动激活或去激活。在示例中，如图12所示，电压调节器40可以通过光传感器44和开关56与微控制器36电连接(例如，连接到引脚10vcc和引脚30avcc)，以便能够向微控制器36提供电力。然而，可以使用能够向微控制器36提供电力的其他合适的连接安排。
如上所述，在示例中，电池46被安排为能够向设备提供电力。在示例中，光伏板22可以与电池46电连接，以便能够对电池46充电。在示例中，pv板22可操作地经由充电控制器42连接至电池46，以便能够对电池46充电。在示例中，充电控制器42是可操作的以便例如，通过控制从pv板22向电池46的充电速率来控制电池46的充电状态(stare)。在示例中，充电控制器是lumiax制造的12v-3astar03型，尽管会被理解，可以使用其他类型的充电控制器。在示例中，污染检测电路可操作以依从于例如由微控制器产生的污染检测控制信号来执行污染检测。在示例中，可以例如通过使用合适的电压调节电路从电池46向微控制器36提供电力。然而，在其他示例中，微控制器可以从任何其他合适的电源(例如9v电池)或调节的市电(regulatedmainspower)供电。然而，使用一个或多个电池可以允许设备20在没有外部支持基础设施的偏远位置工作。
在示例中，pv板22可操作以便当不执行污染检测时对电池46充电。在示例中，如下面稍后更详细描述的，以基本上规则的间隔执行污染检测循环。换句话说，更一般地，在示例中，设备20可操作以便以预定的时间间隔测量光伏板的电输出，以便检测pv板22的污染等级。在示例中，设备20可操作以便对预定的持续时间测量光伏板22的电输出。
如上所述，在示例中，污染检测电路包括可操作地连接到日射强度计24的第一继电器48，微控制器36，pv板22和充电控制器42。在示例中，第一继电器48是双刀双掷(dpdt)继电器，例如由panasonic生产的型号jw2sn-dc5v的5v，8引脚继电器。然而，会被理解，可以使用其他类型的继电器。在示例中，第一继电器48包括含有一对线圈端子的线圈、第一组继电器触点和第二组继电器触点。在示例中，第一组继电器触点包括第一公共端子，第一常开端子和第一常闭端子，其中，依从于是否线圈被通电(电流流过线圈)，电流可以在第一公共端子与第一常开端子或第一常闭端子之间流动。在示例中，第二组继电器触点包括第二公共端子，第二常开端子和第二常闭端子，其中，依从于线圈是否被激励(电流流过线圈)，电流可以在第二公共端子与第二常开端子或第二常闭端子之间流动。换句话说，例如，第一继电器48可以作为双刀双掷型继电器操作。
在示例中，微控制器36可操作地连接到线圈，以便能够向线圈通电，以便能够切换第一继电器48。在示例中，污染检测控制信号包括继电器控制信号。在示例中，线圈端子可操作地连接到引脚11gnd和引脚4pb3(ain1/oc0)，从而使线圈可以通过继电器控制信号(例如来自微控制器36的5v输出信号)通电，例如以便允许污染检测设备执行污染检测或控制污染检测测量。
在示例中，第一公共端子电连接至pv板22的电端子，并且分流电阻器38电连接至第一常开端子，以便当例如响应于由微控制器输出的继电器控制信号，线圈通电时，电流可以流过分流电阻器38。在示例中，日射强度计24可操作地经由第二公共端子和第二常开端子连接至微控制器36的引脚40和引脚31(如图10的示例所示)，以便当例如响应于微控制器36的继电器控制信号，第一继电器48的线圈通电时，日射强度计24可以与微控制器36电连接。在示例中，第一常闭端子可操作地连接到充电控制器42，以便当线圈不通电时，例如当不进行污染检测时，电池46可以被充电。在示例中，第二常闭端子未连接。换句话说，在示例中，污染检测电路可操作以依从于继电器控制信号执行污染检测。
在其他示例中，日射强度计24和分流电阻器38可以可操作地连接到继电器48的常闭端子，并且充电控制器42连接到常开端子，以便能够在线圈通电时给电池46充电。然而，会被理解，可以使用其他连接安排。
在其他示例中，可以省略到充电控制器42的连接，并且可以使用其他安排来对电池46进行充电。另外，会被理解，可以对来自微控制器36的输出信号(例如，输出信号50a，52a和54a)进行适当的修改而省略电池46。
现在将参考图13、14a和14b描述用于操作污染检测设备的方法的示例。图13是根据本公开的示例的用于使用污染检测设备来检测光伏板的污染等级的方法的流程图。在示例中，使用污染检测设备20执行用于检测光伏板的污染等级的污染检测方法。如上所述，在示例中，污染检测设备包括光伏板22和日射强度计24，日射强度计24相对于光伏板22被定位，使得光伏板22和日射强度计24可以接收彼此基本相同的太阳辐射等级。
在步骤s100，响应于入射到pv板22上的光并且依从于pv板22的污染等级，由pv板22产生电输出。在示例中，电输出是光伏电流，其例如可以通过分流电阻器38测量。然而，在其他示例中，电输出可以是由pv板产生的功率，例如，正如使用公式：功率＝电压x电流，从测得的输出电压和测得的输出电流所确定的。然而，会被理解，可以使用用于测量pv板22的其他形式的电输出的电流、电压、功率的其他技术。
在步骤s102中，日射强度计24产生与入射在日射强度计24上的光的辐照度等级有关的辐照度信号。例如，辐照度信号可以与入射在日射强度计24上的太阳辐射的等级有关。
在步骤s104，尽管可以使用其他技术，但是，例如通过微控制器36从辐照度信号计算出参考输出值。在示例中，参考输出值与在预定工作条件下光伏板22的理想电输出有关。在示例中，该预定工作条件是pv板22的短路电流。在示例中，该理想电输出是当pv板22处于基本上清洁的状态(例如，基本上没有污染)时对pv板22所期望获得的pv板22的短路电流。然而，会被理解，可以使用其他的预定工作条件，例如可以在其中获得pv板的最大功率的pv板22的偏离位置。如上所述，使用短路电流作为预定工作条件可以帮助降低电路复杂度并帮助降低参考输出值的温度依赖性。
在步骤s106，例如通过测量跨越分流电阻器38的电压通过微控制器36的adc来测量在预定工作条件下光伏板22的电输出。然而，会被理解，例如，如果要测量最大功率，用于测量在预定工作条件下pv板的电输出的其他技术可以被使用。
在步骤s108，将测得的在预定工作条件下光伏板22的电输出与参考输出值进行比较，以产生比较值。在示例中，微控制器36可操作以便将测得的电输出与参考输出值进行比较，以便产生比较值。然而，会被理解，可以使用其他适当的安排，例如比较器电路。
在步骤s110，确定是否比较值大于清洁阈值。在示例中，微控制器36可操作以确定是否比较值大于清洁阈值，尽管会被理解，可以使用其他技术和电路或设备。在示例中，可以通过例如使用以上参考图7描述的设备对微控制器进行适当的编程来设置清洁阈值。
如果比较值大于清洁阈值，则在步骤s112输出清洁输出信号，例如对应的输出信号50a。换句话说，例如，当比较值大于清洁阈值时，输出清洁信号。例如，清洁信号可以指示光伏板需要清洁。然而，如果比较值小于清洁比较值(清洁阈值)，或者小于或等于比较(清洁阈值)，则在步骤s114，输出休眠信号，例如对应于输出信号54a。如上所述，在一些示例中，适当时也可以输出警告信号，如下面参考图14a和14b更详细地描述的。
图14a和图14b是根据本公开的示例的用于通过测量跨越分流电阻器38的电压来检测光伏板22的污染等级的方法的流程图。应该将图14a和图14b的流程图作为用于测量本公开的示例的pv板22的污染等级的同一过程流程图的一部分一起考虑。然而，为了便于理解，清晰和节省空间，已使用两个图片来说明流程图。在图14a和14b中，带圆圈的字母a，b和c表示流程图在页面之间的连接位置，其中相同的字母链接相同的流程。例如，图14b中的带圆圈a链接到图14a中的带圆圈a。在图14a和图14b的示例中，在微处理器36的控制下执行该方法，尽管会被理解，可以使用实施该方法的其他方式。
在步骤s200，确定自动光开关传感器是否接通。在示例中，自动光开关传感器包括光传感器44。例如，如果入射在光传感器44上的光的照明等级大于阈值照明，则确定自动光开关传感器为接通。例如，阈值照明等级可以对应于通常在白天期间在设备20所处的地点处发现的最小照明等级。换句话说，例如，污染检测可以被安排为在白天期间而不是在晚上进行。
例如，如果例如由于入射在光传感器44上的光小于阈值照明等级而确定自动光开关传感器关闭，则在步骤s202开始等待周期。在等待周期结束之后，过程进行到步骤s200。在示例中，方法步骤s202是否传递到步骤s200依从于开关56的开关状态。例如，如果开关56闭合，则步骤s202可以进行到步骤s200。然而，例如，如果开关56是断开的，例如由于由使用开关的操作者手动超驰控制污染检测测量，则处理就暂停，并且方法步骤s202不进行到步骤s200。在其他示例中，开关56可以用于旁路自动光开关传感器，以便不执行步骤s200和s202。例如，如果操作员在发生污染检测测量时希望手动超驰控制，使得可以在光传感器44旁路发生时执行该操作，则会发生这种情况。
在示例中，尽管可以使用任何时间周期，但是等待周期可以对应于预定时间周期，诸如10分钟，20分钟，30分钟等。在其他示例中，例如，等待周期小于10秒，因此，在超过阈值照明等级时，可以以及时的方式执行污染检测测量。
例如，如果在步骤s200确定自动光开关传感器接通，则在步骤s204，设置第一时间参数t1。在示例中，t1是1≤t1≤30范围内的整数，其中t1以分钟为单位进行测量(例如t1＝1→30分钟)。t1最初设置为t1＝1，但随后可以通过使t1＝t1'迭代地增加，其中t1'的值在下面在增量步骤(步骤s238)中定义，如稍后所述。
在步骤s206，设置第二时间参数t2。在示例中，t2是10≤t2≤60范围内的整数，其中t2以秒为单位进行测量(例如t2＝10→60秒)。t2最初设置为t2＝10，但随后可以通过使t2＝t2'迭代地增加，其中t2'的值在下面在增量步骤(步骤s232)中定义，如稍后所述。
在步骤s208，设置第三时间参数t3。在示例中，t3是1≤t3≤10范围内的整数，其中t3以秒为单位进行测量(例如t3＝1→10秒)。t3最初设置为t3＝1，但是，随后可以通过使t3＝t3'来迭代地增加，其中t3'的值在下面在增量步骤(步骤s226)中定义，如稍后所述。
步骤s204，s206和s208中的一个或多个可以按照它们被描述的顺序来执行，或者这些步骤中的两个或更多可以并行地执行。另外，会被理解，t1，t1'，t2，t2'，t3和t3'中的一个或多个可以是任何其他数字(例如，整数，实数，复数，有理数或无理数)，并且其值的其他范围可以被使用。还会被理解，可以设置除上述那些之外的不同初始化值。
在步骤s210，测量分流电阻器38的模拟电压，以便例如通过对微控制器36的第一模数转换器(adc)的输入来产生第一模拟信号。换句话说，例如可以测量跨越分流电阻器38的模拟电压以确定通过分流电阻器38的电流。
在步骤s212，通过微控制器36的第一adc，第一模拟信号被转换成第一数字信号。
在步骤s214，微控制器36可以将第一数字信号乘以分流电阻器系数，以便计算例如与pv板22的污染等级有关的pv板22的短路电流值(a)。例如，短路电流值可以使用欧姆定律从测得的跨越分流电阻器38的电压来计算。在示例中，分流电阻器38的电阻为0.008欧姆，尽管可以使用其他合适的值。
在步骤s216，测量日射强度计24的模拟电压，以便例如通过对微控制器36的第二模数转换器(adc)的输入来产生第二模拟信号。换句话说，例如，可以测量由日射强度计24产生的模拟电压以确定日射强度计24的辐照度等级。
在步骤s218，第二模拟信号被微控制器36的第二adc转换成第二数字信号。
在步骤s220，微控制器36可以将第二数字信号乘以日射强度计系数，以便计算入射在日射强度计24上的光的太阳辐照度值。在其他示例中，微控制器36可以经由存储在微控制器36或外部存储器中的查找表(lut)来确定太阳辐照度值，该查找表例如使辐照度值与日射强度计输出电压相关联。然而，会被理解，可以使用用于从日射强度计24的输出确定辐照度等级的其他合适的技术。
在步骤s222，由微控制器36根据从日射强度计24获得的辐照度值计算与清洁状态下的pv板22相关联的预期短路电流(b)。在示例中，pv板22的短路电流基本上与入射在pv板上的光的辐照度成比例。因此，从日射强度计24获得的辐照度值可以允许指示对在清洁状态下的pv板22，测得的短路电流被预期的是多少。然而，用于获得清洁pv板的预期短路电流(b)的其他技术可以被使用，诸如经由查找表或其他已知关系。
在示例中，步骤s210，s212和s214与步骤s216，s218，s220和s222并行执行。然而，会被理解，可以使用步骤之间的其他执行顺序，例如顺序和并行或顺序执行的组合。
在步骤s224，微控制器确定t3的值是否等于10秒。如果不是，则在步骤s226，将t3的值增加1，以产生增加的值t3'＝t3+1。在示例中，在步骤s210至s222测得的短路电流(a)的值和预期短路电流(b)的值在步骤s224被存储在微控制器36的存储器中，以便产生多个存储的当前值。然后，处理从步骤s226前进到步骤s208。换句话说，更一般地，在示例中，以第一预定频率进行对pv板22的短路电流(a)和从日射强度计24获得的预期短路电流(b)的测量。在图14a和图14b的示例中，第一预定频率是使得pv板22的短路电流(a)和预期短路电流(b)的测量每1秒进行一次，尽管会被理解，其他时间周期也可以使用。
如果t3＝10秒，则处理进行到步骤s228。在步骤s228，微控制器36从在步骤s224存储在存储器中的多个存储的电流值，计算出测得的短路电流值(a)和预期短路电流值(b)的中间平均值(meanaverage)，以便产生平均测得的短路电流值{a}和平均预期短路电流值{b}。换句话说，更一般地，在示例中，平均测得的短路电流值和平均预期短路电流值的计算以第二预定频率进行。在图14a和图14b的示例中，第二预定频率使得平均值{a}和{b}的计算每10秒进行一次，尽管会被理解，可以使用其他时间周期。
在步骤s230，微控制器确定t2的值是否等于60秒。如果不是，则在步骤s232，将t2的值增加10，以产生增加的值t2'＝t2+10。在示例中，在步骤s228计算的平均短路电流值{a}和平均预期短路电流值{b}在步骤s230被存储在微控制器36的存储器中，以产生多个存储的平均值。然后处理从步骤s232进行到步骤s206。
如果t2＝60秒，则处理进行到步骤s234。在步骤s234，微控制器36基于经过的时间和存储的平均值，从{a}和{b}的多个存储的平均值计算出相应的安培小时(ah)值。然后，微控制器将相应的安培小时值相加，以产生总计安培小时(ah)值[a]和[b]。换句话说，更一般地，在示例中，总计安培小时值的计算和相加以第三预定频率进行。在图14a和14b的示例中，第三预定频率使得每60秒(每分钟)进行一次总计安培小时值[a]和[b]的计算和相加，尽管会被理解，其他时间周期可以被使用。
在步骤s236，微控制器确定t1的值是否等于60分钟。如果不是，则在步骤s238，将t1的值增加1，以产生增加的值t1'＝t+1。在示例中，在步骤s234计算的总计安培小时值[a]和[b]，在步骤s236被存储在微控制器36的存储器中，以产生多个存储的安培小时值。然后，处理从步骤s238进行到步骤s204。安培小时的计算和/或中间平均值的计算的使用可以帮助减少例如由于超过阈值的瞬时短路电流测量而导致的输出错误信号的可能性。
如果t1＝30分钟，则处理进行到步骤s240。在步骤s240，微控制器36将在步骤s236存储在存储器中的存储的安培小时值相加，以便产生总的总计安培小时(ah)值[a']和[b']。换句话说，更一般地，在示例中，存储的安培小时值的相加在预定的污染测量时间周期之后进行。在图14a和14b的示例中，预定的污染测量时间周期是30分钟，尽管会被理解，可以使用其他时间周期。换句话说，在示例中，完整的污染检测循环要被执行基本上花费30分钟。
在步骤s242，由微控制器36计算比率[b']/[a']。在示例中，比率[b']/[a']可以被认为是诸如上面参考图13所述的和前面描述的比较值。
在步骤s244，微控制器36确定比率[b']/[a']是否在第一阈值和第二阈值之间。换句话说，例如，微控制器确定是否第一阈值<[b']/[a']<第二阈值。在示例中，第一阈值对应于上述警告阈值，而第二阈值对应于上述清洁阈值。
如果比率[b′]/[a′]在第一阈值(警告阈值)和第二阈值(清洁阈值)之间，则在步骤s246，输出警告信号，并且停止其他输出信号。然而，在其他示例中，可以省略在步骤s246的停止其他输出信号的步骤。
如果比率[b']/[a']不在第一阈值和第二阈值之间，则在步骤s248，微控制器确定比率[b']/[a']是否大于第二阈值(清洁阈值)。
如果比率[b']/[a']大于第二阈值(清洁阈值)，则在步骤s250输出清洁信号，并且停止其他信号。然而，在其他示例中，可以省略在s250的停止其他输出信号的步骤。
如果比率[b']/[a']不是大于第二阈值(清洁阈值)，则在步骤s252，输出休眠信号。
在步骤s254，在步骤s246、s250或s252输出的信号被保持活动(继续被输出)。换句话说，例如，处理可以从步骤s246进行到步骤s254，从步骤s250进行到步骤s254，和从步骤s252进行到步骤s254。即使当前未运行污染检测循环，这也可以允许电站操作员轻松查看pv板的污染状态。在示例中，可以以预定的污染循环测量间隔执行污染检测程序(污染检测循环)。预定的污染循环测量间隔的使用可以帮助节省能量，因为污染检测不是连续的。此外，可以减少微处理器的存储器要求，这可以帮助降低成本。在示例中，污染循环测量间隔是2小时，尽管会被理解，可以使用其他时间间隔。一旦污染循环测量间隔已经过去，则处理进入步骤s200。
会被理解，尽管已经基本上顺序地描述了图13、14a和14b的步骤，但是它们不必以该顺序执行，并且执行这些步骤的其他顺序也是可能的。还会被理解，一个或多个步骤可以顺序地和/或彼此并行地执行，或者可以省略一些步骤，例如步骤s234，s236，s238和s204。会被理解，与图14a和14b中描述的方法有关的时间周期，例如第一，第二和第三预定频率，预定的污染测量时间周期和污染循环测量间隔可以例如通过微控制器36的编程来改变或设置。例如，污染循环测量间隔可以依从于季节而变化。另外，例如，如果预测天气是多云，则可能更优选在例如正如由污染测量时间周期确定的较短持续时间内测量污染等级，以试图确保在测量周期中更一致的测量。
另外，会被理解，第一阈值(警告阈值)和第二阈值(清洁阈值)可以依从于操作要求而变化。
在示例中，设备20包括通信模块，该通信模块可操作以允许微控制器36经由诸如wifi，以太网，无线蜂窝网络等的合适的通信接口与诸如pv电站控制网络的外部网络或设备进行通信。在示例中，微控制器可操作以便例如经由通信模块可编程，以设置第一阈值、第二阈值、污染检测测量的定时、以及t1、t2和t3的增量步骤和范围中的一个或多个。例如，这可以允许设备20对其位置的工作条件被适当远程地编程。另外，在示例中，设备20可操作以经由通信模块将诸如休眠信号、警告信号和清洁信号的输出信号中的一个或多个输出至诸如pv电站控制室的远程位置。因此，如果需要，设备20例如可以远程操作。
在示例中，该设备可操作以依从于比较值来产生额定信号(ratingsignal)。在示例中，额定信号与具有与设备的光伏板基本上相同的污染等级的一个或多个其他光伏板的预测输出有关。在示例中，微控制器36可操作以例如经由通信模块输出额定信号。例如，如果污染检测设备20被定位以便能够接收与pv电站的一个或多个pv板基本上相同的污染等级，该额定信号可以被pv电站操作员用来确定pv电站的预期电输出。
例如，如上所述在步骤s242计算的比率[b']/[a']可以被用于指示或预测具有与pv板22基本相同的污染等级的第二pv板(或多个其他pv板)的预期电输出,使第二pv板或多个pv板的预期性能等级与基本上没有污染时的第二pv板(或多个pv板)的预期输出相比较是与比率[b']/[a']成比例。换句话说，在示例中，设备20可操作以便基于比较值和测得的短路电流来评估污染对光伏板的输出的影响。这可能有助于pv电站操作员能够更准确地预测来自电站的功率输出，因此可能有助于电网管理，配电和利润预测。
会被理解，在提到一个或多个光伏板的情况下，可以使用一个或多个pv模块来代替一个或多个pv板或与之组合。还会被理解，pv板(或多个pv板)可以适当地包括一个或多个pv模块。还会被理解，本公开的示例的pv板可以具有任何适当的物理构造，诸如具有例如基本上平坦的光接收表面或弯曲的光接收表面。
本公开的示例的设备和方法可以允许与现有的pv电站容易地集成并且能够被用作独立单元，例如以便确定某个地点对pv电站是否适合。另外，利用被适当编程的微控制器36，不同类型的pv板可以被用作参考pv板(诸如pv板22)。换句话说，例如，本公开的设备和方法可以帮助提供确定pv板的污染等级的更灵活且容易适应的方式。
尽管这里已经描述了各种示例，但是这些示例仅以示例的方式提供，并且对这些示例的许多变化和修改对本领域技术人员而言将是显而易见的，并且落入由所附权利要求及其等同内容所限定的本发明的精神和范围内。
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