背板温度传感器收藏细分市场科普：光伏产业中的温度传感器

发布时间：2024-10-06 12:10:42

收藏细分市场科普：光伏产业中的温度传感器

在双碳目标的指引下，以光伏为代表的可再生能源继续被看好。从产业链来看，光伏分为上游硅片制造、中游电池制造和下游组件制造。每个生产过程都涉及不同的加工设备。随着生产技术的不断提高，对生产工艺和相关生产设备的精度要求也在不断提高。

不同类型的传感器作用于各个环节的生产设备，监控设备的运行状态，实现对生产精度的控制。从市场规模来看：传感器的市场规模分别分布在硅片、电池片和组件设备的38%、40%和22%中。从单个设备来看：在硅片生产过程中，单晶炉设备上传感器的使用量最大，在硅片设备领域传感器规模占比超过80%。

光电传感器 —— 采用红外传感器通过炉壁开孔获得固液界面平面处加热器的温度，进而间接获得热场温度，用于单晶炉的热场温度控制。

压力传感器 —— 冷却水流量传感器装在炉体总回水管，其作用是万一水流断开后30秒切断加热器电源。

温度传感器 —— 温度采集传送到控制系统PLC

温度传感器应用于光伏产业

1. 光伏上中游应用温度传感器

光伏产业链包括硅料、铸锭、切片、电池片、电池组件、应用系统等6个环节，上游为硅料、硅片环节，中游为电池片和组件环节，下游为发电系统。

在上游产业中，因单晶电池片转换效率高，市场上硅片主要是单晶硅片。在硅片和电池片生产这一环节中，如单晶炉、切片机、扩散炉等设备，这些设备需要稳定的冷却水系统，以满足设备的降温冷却需求。

2. 光伏下游（气象站）应用温度传感器

光伏气象站集成了一组气象传感器及其备件、支架、供电设备、本地的数据采集器用于处理及存储测量的数据。这些传感器以指定方式安装，并且电站监控系统可读取它们的坐标和配置。

拿光伏气象站温度传感器来说，气象数据的准确性是电站绩效评估的关键。而在电站绩效评估中，像湿度传感器、气压传感器等与发电量有一定关联的传感器，则一般不会使用。通常使用较多的是温度传感器。例如：在组件背板上，通常会将温度传感器直接安装在光伏组件的背面，以测量组件中电池片的温度，这种测温方法，叫“光伏背板温度传感器”，是利用一个热交换模型，把组件背板温度换算到组件内部电池片的温度。在换算过程中，还需要输入环境温度以及风速、风向进行修正。

此外，气象站还会安装环境温度传感器，用于监测实际运行阵列周围的空气温度。

3. 光伏下游（汇流箱）应用温度传感器

光伏发电是一种清洁、低碳的发电方式，深受大家重视，且在偏远地区独立构成小型电网，结合了地面电站与分布式光伏发电后的储能设备，实现良好供电。

因此，光伏发电发展迅速，光伏汇流箱是将光伏电池串列汇流装置开始被广泛使用到实际系统，其通过先汇流再逆变的过程，光伏发电电能可以直接输入交流电网或者给负载进行利用。

光伏汇流箱包括熔断器、与直流母线相连用以防止雷电冲击的避雷器、直流断路器、与光伏电池串列相连采集电流值以及电压值检测模块、采集光伏汇流箱运行状态信息数据采集模块、测量光伏汇流箱本体内温度的NTC温度传感器、处理光伏汇流箱运行状态信息及其内部温度信息主控制器、与光伏电池串列相连的DC/DC变换装置、连接所述DC/DC变换装置输入端的PWM控制模块，以及与负载输入端相连用以采集电流值的电流采样电路。

光伏汇流箱用NTC温度传感器，主要用于采集其运行状态信息及其内部温度信息发送给上位机，实现对光伏汇流箱运行状态监控。

4. 光伏在温度传感器销售渠道上的应用

上游单晶硅、单晶炉与中游电池片厂家，下游气象站、汇流箱相关厂家，都用到了温度监测产品。这类“光伏用温度传感器”，就是温度传感器公司销售团队的产品服务。

5. 光伏在温度传感器营销推广上的应用

线下推广光伏用温度传感器，必须借助光伏产业的专业论坛、展会与协会组织。譬如中国光伏行业协会CPIA、光伏领跑者创新论坛、国际新能源展览会、美国太阳能光伏展会。另外，台湾、上海、广州等光伏新能源展会，也是光伏用温度传感器获客的平台。

线上推广光伏用温度传感器，主要方式是内容营销。搭建提高客户信任的PC站、微信号是基本功，更少不了客户总经理、工程师、采购利用搜索引擎来“人找货”的守株待兔，也就是说，涵盖百度、知乎的内容营销是温度传感器品牌的线上推广大盘。

6. 光伏在温度传感器人力资源上的应用

“单晶硅、单晶炉与电池片的上游企业，气象站、汇流箱相关厂家的上游企业，这些上游企业的渠道销售人员，与光伏用温度传感器的渠道销售人员和渠道是重叠的，客户资源是重叠的，销售人员在这2个行业跳槽，可以实现客户资源无缝衔接，客户效率最大化。”知名传感器设备公司总监如是说。

7. 在温度传感器投融资上的应用

“温度传感器在光伏产业里占比太低。无论单晶硅、单晶炉与电池片，还是气象站、汇流箱这些，都普遍还没考虑与温度传感器发生投融资上的关系。”

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物联网的妙用？太阳能发电远程监测的途径，提升其系统设计

前言

随着传统能源的过度消耗带来越来越严重的环境污染，新能源技术孕育而生。

在新能源中，太阳能的开发利用应该得到更多的重视。

太阳能通过光电效应把太阳能转换为电能，存储在蓄电池中。

太阳能发电的核心部件是光电半导体二极管 ，当太阳光照射在光电二极管上时，通过内部转换电路，就可以直接把太阳能转换成电能。

我国一直都非常重视对太阳能的研究利用，对太阳能电池的研究也是我国的重大课题。

近几年，在太阳能的研究上更是增加了研发力度，提出以太阳能发电为基础的“光明工程”，投入大量资金以及高端人才进行太阳能发电技术的研究。

至今为止，都没有物联网应用在太阳能发电监测系统上成熟的案例 。

如果该套监测系统研发成功，将会推动太阳能发电产业的进一步发展，可以为太阳能发电产业提供更加有效、便捷的管理，对我国新能源事业的发展有着重要的促进意义。

太阳能发电监测系统总体设计

太阳能发电监测系统包括三个部分：感知层、网络层和应用层。

首先，传感器数据采集节点是该系统的最底层即感知层，其主要功能是完成节点数据的采集，例如采集太阳能 发电过程中太阳的照射度、背板以及蓄电池的温度等。

其实，主控节点组成了该系统的网络层，它的主要功能是接收数据采集节点的数据并把数据处理后打包通过GPRS的方式发送到服务器中。

最后，远程监测中心构成了该监测系统的应用层，它的主要功能是实时监测太阳能发电阵列的工作情况，可以及时了解各个传感器数据采集节点是否处于正常工作，还可以存储主控节点发送上来的数据，利用C#语言编写上位机界面，提供友好的人机交互界面，来实现对太阳能发电阵列的远程监测。

传感器数据采集节点之间通过以太网的形式与主控节点进行通信，主控经过GPRS无线透传模块，利用无线3G的形式把数据发送到服务器上，远程监测中心可以在服务器上实时查看各个太阳能发电阵列的工作情况。

传感器数据采集节点硬件电路的设计

在太阳能发电监测系统中，传感器数据采集节点主要完成传感器的数据采集和基本处理工作，其硬件功能模块如图所示。

传感器数据采集节点硬件功能框图

单片机TM4C129作为传感器数据采集节点的控制核心，它负责采集太阳辐照度、背板温度、蓄电池温度、环境温湿度等相关参数，并通过以太网传输的方式把数据传送给主控节点。

2.1太阳能辐照仪接口电路的设计

本系统利用TBQ-2C型号的太阳能辐照仪来测量太阳辐射值，其实物图如图3所示。其工作原理为热电效应原理，热接点在感应面上，而冷接点则位于仪器内，二者产生温差电势从而输出一定范围内的电压值。

在线性范围内，太阳辐照度与输出的电压信号成正比关系。为了防止环境对辐照仪的损坏，对特殊工艺加工而成的双层石英玻璃罩加以防护。

最后把太阳能辐照仪输出的电压信号接入单片机的A/D转换引脚，根据电压信号与太阳辐照度的对应关系，计算出太阳辐照度。

2.2温度传感器接口电路的设计

本系统选用单线数字温度传感器DS18B20来检测太阳能发电过程中背板和蓄电池的温度，其采用单总线的接口方式与单片机TM4C129连接时，仅需要一条接口线即可实现双向通信。单总线具有经济性好，抗干扰能力强，使用方便，能适合于恶劣环境等特点。

除此之外，它的测量温度范围较宽，一般为-55~+125℃,在-10~+85℃的范围内，其精度可达到0.5℃。其与单片机的接口电路如图所示，以蓄电池温度传感器电路为例，PD0引脚外接4.7kΩ上拉电阻，保证总线闲置时其状态保持为高电平，DS18B20采用的是外接电源的工作方式。

温度传感器接口电路图

2.3环境温湿度传感器接口电路

本系统采用SHT10传感器来监测环境的温湿度，其采用CMOsens专利技术将温度湿度传感器、A/D转换器以及数字接口有效地结合在一起。

该传感器具有体积小、响应速度快、性价比高等特点。它可以测量相对湿度的范围为0~100%RH,温度的范围为-40~123.8℃,它采用 I2 C总线接口并且输出数字信号，这样便于与TM4C129的引脚直接相连，可直接与单片机引脚连接来测量环境中的相对湿度和温度。

其具体电路如图5所示，通过不同的控制命令来实现温湿度的测量，测量温度命令代码为“00000011”,测量湿度命令代码为“00000101”。

SHT10与单片机连接电路图

2.4 TM4C129外围电路及以太网通信电路的设计

主控芯片采用以Cortex-M4为内核的TM4C129,此微控制器具有1024KB闪存存储器，256KBSRAM,主频高达120 MHz,除此之外，它内部含有以太网物理层(PHY)的10BASE-T/100BASE-TX以太网控制器以及12位模数转换器(ADC)。不需要外界物理层芯片就可以实现以太网通信，电路图如图所示。

TM4C129以太网通信电路的设计

主控节点硬件电路的设计

主控节点的功能主要是收集各个采集节点的数据，并把整合过的数据通过GPRS的方式发送给服务器，

主控节点有两个作用：一是接收来自数据采集节点的数据；二是将接收到的数据在内部进行处理之后，通过GPRS的形式发送到服务器中。

主控节点还可以通过有线 RS 485的方式与 PC 机进行通信、 通过以太网接口与数据采集节点通信、通过GPRS无线透传模块将数据采集节点的信息发送至服务器，再通过服务器连接到远程监测中心。主控节点的控制芯片是一块以ARM8为核心的AM3352嵌入式处理器，其硬件功能框图如图所示。