基于Android的光伏發電系統研究

陳 珊，馬曉麗，張曉蕾

(石家莊信息工程職業學院，河北石家莊 050035)

基于Android的光伏發電系統研究

陳 珊，馬曉麗，張曉蕾

(石家莊信息工程職業學院，河北石家莊 050035)

以小型光伏發電為例，從光伏發電系統開始展開研究，結合基于Android的移動手機客戶端提出一套實時性的控制管理系統。該系統通過基于ARM的嵌入式系統實現了現場數據的采集，并且利用ARM的串口通信功能設計了基于Android的移動管理終端軟件。經過試驗驗證，該系統可有效地提高系統效率，具有一定的市場推廣價值。

光伏發電；安卓；嵌入式系統

化石資源的枯竭使得人們不得不尋找一種新型的替代能源。光能在我們可以預見的未來是取之不盡用之不竭的可再生資源。光能還是一種十分清潔的能源，使用過程中沒有任何的污染氣體排放。在國家的大力支持下，我國的光伏技術處于世界的領先地位。光伏發電是利用光能的一大領域，大力發展光伏發電產業符合人們日益提高的環保理念，符合國家循環經濟建設的政策方針，可以有效地緩解國家電網的供電壓力。

在光伏發電產業發展過程中，不穩定性成為限制其發展的主要原因。光伏發電的不穩定一方面可能燒毀家用電器，另一方面這些不穩定的電能接入大電網會造成潛在的巨大風險。實現對光伏發電系統的實時性監控是提高發電質量的重要舉措。現有的光伏發電系統主要是針對PC機進行的開發，雖然很大程度上提高了電網質量，但是人們只能在PC機上進行監測控制，使用局限性很大。本系統針對此現狀，提出一套基于Android的移動客戶端。該客戶端可以使用戶隨時隨地的監測光伏發電系統的工作狀態并發送命令實現系統控制。

1 系統的整體結構

與大型的火電站、水電站不同的是光伏發電具有規模小、建設成本有限等問題。因此，已有的大型發電管理系統就不能很好地移植到光伏發電系統之中，我們需要研究設計一種新型的、專門針對光伏發電的管理系統，并且該系統應該具有操作簡單、成本低穩定性高等特點。

本課題設計了一種基于Android智能手機的光伏發電系統。如圖1所示，該系統由光伏發電現場的數據采集模塊、云端數據處理中心和移動手機控制端三部分組成，不僅可以滿足電站的監控與日常維護的智能化實現，而且還能有效地降低監控設備安裝與維護的成本。

圖1 基于Android的光伏發電系統結構圖

如圖1所示，在整個系統中布置在現場的各種傳感器進行數據的信息采集，將采集信息通話ARM控制單元進行初步處理，并且利用ARM的通信功能將數據傳送至云端的服務器。服務器將對數據進行進一步分分析處理，將處理結果以無線通信的方式傳送到Android手機客戶端。控制端以命令發送的形式實現對光伏發電的控制器進行控制管理，從而完成蓄電池儲電和大電網并電。

移動控制端主要完成三個功能：第一，通過Android智能控制端獲得電站周圍運行參數以及管理人員命令；第二，將管理人員命令送達控制器，實現對電站的控制；第三，將管理人員命令傳送至網絡數據庫以保留電站管理人員操作記錄。

2 光伏電池模型

在光伏發電系統中，不僅要對太陽電池板矩陣的電壓、電流及工作溫度等信息進行采集之外，還要設計光伏電池的模型。光照不能人為控制，在光照過程中不可避免地會出現光伏電池板受到的光照不均勻現象。由于光伏電池本身產生的光電流很小，當光照不均勻時受到光照弱的一塊電池板可能在其他電池板的影響下產生負電壓，這就會出現二極管的負載效應，當電壓低于一定值時會出現雪崩效應。為了避免該現象出現設計了如圖2的考慮雪崩擊穿的光伏電池模型[1]。

圖2 考慮雪崩效應的光伏電池模型

如圖2所示，針對雪崩效應，在建立光伏電池模型時加上了雪崩電壓段。在圖2中和分別是二極管D1和D2的電流；為反向雪崩擊穿電流。

3 基于Android的系統設計

智能手機的飛速發展使得在移動端進行數據實時性處理變為現實。本課題開發設計了基于Android系統的光伏發電客戶端，通過手機應用編程實現了對發電參數的采集及對發電及并網設備的控制管理。

3.1 客戶端的實現

Android手機客戶端作為光伏發電系統的移動控制端具有處理和上傳電站運行參數、控制光伏組件的功能[2]。為了實現客戶端更具模塊化，本系統設計了如圖3所示的Android客戶端。該客戶端分為5個模塊，分別是數據傳輸模塊、命令解析模塊、智能管理模塊、防盜模塊和短信控制模塊。

圖3 Android客戶端結構圖

數據傳輸模塊主要負責Android程序與ARM控制器和服務器進行數據通信的任務。該模塊可將控制命令傳送到ARM控制器，進而實現對光伏組件的控制，同時該模塊還可以將服務器處理結果傳送至Android客戶端實現雙向通信。命令解析模塊則是負責采集管理人員輸入的命令，經過解析后以HTTP協議發送到服務器端或者傳送到發電現場的ARM控制端。智能管理模塊主要負責處理組件信息，該系統中的數據信息一方面存儲到手機內部存儲，另一方面以HTTP協議標準傳送至云端的服務器。云端服務器可對數據進行高速有效地處理，當發現數據異常時，主動向管理人員發送信息以提醒管理人員進行故障處理。如果情況格外緊急，例如檢測到嚴重的短路現象、引發火災等會直接發送命令給現場的ARM控制器進行緊急處理。除此之外，在系統中還設計了安全模塊，主要包括登錄賬號的檢測和手機防盜，其中手機防盜措施包括兩部分：一方面是通過固定的安全號碼發送信息給被盜手機，被盜手機會主動回傳手機位置；另一方面是啟動被盜模式之后，手機會自動回傳并同時清除手機數據，以對系統實現數據保護。

3.2 服務器的設計

為了提高數據的處理效率，減少手機的數據計算負擔。本系統還對云端服務器進行了開發布置。本系統在云端布置了Tomcat 6服務器和MySQL數據庫從而實現了數據在云端的高速處理。服務器的設計思路如圖4所示。

圖4 服務器工作流程

如圖4所示，Android客戶端通過發送HTTP向服務器發送請求，返回參數以FastJSON進行封裝，服務器端的HttpServer對象接收HTTP請求，然后進行解析FastJSON得到請求參數。請求參數采用JDBC技術存儲到MySQL數據庫，執行SQL語句返回的結果傳遞給HttpServlet對象，經過FastJSON封裝后返回到客戶端實現數據的讀取工作。

4 總結

針對光伏發電系統的自身特點，本課題設計了基于Android的光伏發電系統。該系統在底層數據是通過布置在光伏組件及發電電路上的電流、電壓和溫度等傳感器進行采集的，采集數據以無線傳感網傳送至ARM控制端，在控制端進行初步處理之后借助ARM的通信功能以GPRS的模式傳送至云端服務器。電站管理人員可以通過Android客戶端進行數據的監測并且可以發送命令，發送命令通過無線傳輸到達發電現場的控制端從而實現對光伏組件的控制操作和大電網并網的控制管理。

[1]吳忠軍.基于DSP的太陽能獨立光伏發電系統的研究與設計[D].鎮江：江蘇大學，2007.

[2]吳亞峰，索依娜.Android核心技術與實例詳解[M].北京：電子工業出版社，2010：22-25，246.

Photovoltaic power generation system based on android

Taken small photovoltaic power generation as example,based on photovoltaic power generation system, and also combined with Android based mobile client,a set of real-time control system was put forward.Then a data communcation system was achieved based on ARM system in data collection and ARM serial communication system.This system could effectively improve the efficiency.It also has certain market value.

photovoltaic power generation;android;embedded system

TM615

A

1002-087X(2016)12-2392-02

2016-05-09

陳珊(1980—)，女，河北省人，講師，工程碩士，主要研究方向為計算機網絡技術。