CN107666283A - 太阳光发电系统评价装置和评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供太阳光发电系统评价装置和评价方法，即使在室外的利用太阳光的测量中，也能以简便的设备且准确地测量太阳光发电系统的性能，所述太阳光发电系统评价装置包括：多个照度传感器，配置在所述太阳能电池板的附近；以及评价器，通过有线或无线与所述PCS和所述多个照度传感器连接，根据各个的输出评价所述太阳光发电系统的性能，所述评价器包括：输出取得部，从所述PCS取得所述太阳能电池板的输出；一致度算出部，算出多个所述照度传感器测量的照度测量值的一致度；以及判断部，当所述一致度在预定的容许范围以内时，将所述输出取得部取得的太阳能电池板的输出判断为真实值。
Description
技术领域
本发明涉及用于评价设置在室外的太阳光发电系统的性能的太阳光发电系统评价装置和评价方法。
背景技术
评价太阳能电池单元和多个太阳能电池单元组成的太阳能电池板的性能时，测量I-V特性，并根据其结果评价性能。
可是，例如专利文献1的测量结果所示，太阳能电池单元的I-V特性会根据向太阳能电池照射的光的照度大幅变化。因此，在室内的测量中，以使利用太阳模拟器向太阳能电池单元照射的光的照度保持1sun的方式进行I-V特性的测量。将这样在1sun的照度下测量的I-V特性作为太阳能电池单元的标准试验条件中的I-V特性对待。
另一方面，对于将一个或多个太阳能电池板组合并在室外使用的大型太阳光发电系统，由于难以搬进室内、由太阳模拟器对各太阳能电池板的整面照射均匀的光，因此在室外由太阳光进行I-V特性的测量。
可是，太阳光的照度即使在短时间内也会大幅变动，大多情况下以1sun以外的条件测量I-V特性。因此，多数情况下把例如1个月的I-V特性测量结果取平均的值代用为表示太阳光发电系统的性能的值。
因此，相比在室内满足稳定于1sun的照度条件测量的太阳能电池单元的准确性能评价，在室外测量的太阳光发电系统的性能评价由于无论如何照度都不稳定而成为不准确的值。此外，现阶段难以准确评价哪个太阳光发电系统实际展示了良好的性能以及产生了哪种故障等。
而且，为了准确测量太阳光发电系统的I-V特性，必须在停止发电的情况下在日照量未变动的极短的时间内进行电流的扫描。因此，还存在测量麻烦的问题。
现有技术文献
专利文献1：日本专利公开公报特开2004-281480号
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供即使在室外用太阳光测量也能够用简便的设备且准确地测量太阳光发电系统的性能的太阳光发电系统评价装置和评价方法。
即，本发明的发明人认真探讨的结果发现，即使是晴天以外的天气，太阳光的照度(日照量)有时也会稳定在太阳光发电系统的性能评价不成问题的程度且太阳能电池板内和太阳能电池系统内的照度不均较小，首次发现了在晴天以外的天气中也能高精度评价性能的条件。此外，本发明的发明人发现，在上述想法的基础上只要合理利用太阳光发电系统所具备的设备，不测量I-V特性也能够准确评价其性能。
更具体地，本发明的太阳光发电系统评价装置，评价太阳光发电系统的性能，所述太阳光发电系统具有多个太阳能电池单元组成的太阳能电池板、以及和所述太阳能电池板连接并进行MPPT控制的PCS(功率控制系统)，在所述太阳光发电系统评价装置中，包括：多个照度传感器，配置在所述太阳能电池板的附近；以及评价器，通过有线或无线与所述PCS和所述多个照度传感器连接，根据各个的输出评价所述太阳光发电系统的性能，所述评价器包括：输出取得部，从所述PCS取得所述太阳能电池板的输出；一致度算出部，算出多个所述照度传感器测量的照度测量值的一致度；以及判断部，当所述一致度在预定的容许范围以内时，将所述输出取得部取得的太阳能电池板的输出判断为真实值。
这里，MPPT(Maximum Power Point Tracking)控制是追随最佳动作点而动作的控制方式，所述最佳动作点始终按照气象条件等的变化而变动。例如利用登山法等算法，不依赖气象条件，持续所述太阳能电池板的输出的最佳动作点上的输出。
这样，所述输出取得部从进行MPPT控制的所述PCS取得所述太阳能电池板的输出，因此总能取得最佳动作点上的输出。而且，只有在各个照度传感器测量的照度测量值显示大体相同的值、对测量对象的太阳能电池板照射的太阳光的照度(日照量)没有不均而稳定的状态下测量的输出，被所述判断部判断为真实值。
即，太阳光的照度大幅变动的情况或者根据测量对象的太阳能电池板的部位照度相差较大时，因为不是所述太阳能电池板能输出的原本的输出，所以不采用，然而即使日照量变动，也能够只把以和晴朗时大体同等的精度测量的输出作为所述太阳能电池板的原本的输出来采用。即，按照本发明，不测量I-V特性也能发现太阳光发电系统的最大动作点，仅靠简便的测量装置就能实现对太阳光发电系统的准确的性能评价。
此外，由于在晴朗时以外的日照量变动的天气中也能利用太阳光高精度测量太阳光发电系统的输出，所以放宽了对天气条件的限制，能得到足够的测量机会。
即使在大规模的太阳光发电系统中，为了能捕捉到照度在太阳能电池板的全域实现适合进行性能评价的均匀性的瞬间，并能够节省所述配线等的麻烦，优选所述照度传感器包括：多个太阳能电池单元；以及无线通信机，把所述多个太阳能电池单元中的至少一部分的输出向所述评价器无线发送。这样，可以用太阳能电池单元的输出来测量当前照度，并且能够由自身提供向所述评价器发送关于照度的数据所需要的电力。
为了用简单的计算鉴定太阳光是否对所述太阳能电池板的全域均匀照射并具备了例如能进行性能评价的规定的条件，所述一致度算出部算出作为所述一致度的照度差，所述照度差是多个所述照度传感器测量的照度测量值的差，所述判断部在所述照度差处于预定的容许差以下时，将所述输出取得部取得的太阳能电池板的输出判断为真实值。
为了能从多个照度传感器的照度测量值高精度检测天气变化对测量对象的太阳能电池板上的照度不均而提高所述判断部中的判断精度，多个所述照度传感器的取样时间设定在10毫秒以内，使各照度传感器的照度测量在时间上同步。这样，能由照度传感器充分把握太阳光的照度变化，并且通过使各照度传感器的测量时机一致，可以仅使照度不均的影响显现在所述一致度中。
不仅是用多个所述照度传感器测量的照度测量值判断是否是照度不均，也为了可以用所述照度测量值高精度修正输出的测量中的太阳光的照度的变动导致的影响，多个所述照度传感器的取样时间设定在1毫秒以上100毫秒以下。
为了能准确测量作为所述太阳能电池板的输出的最大动作点上的发电电力，所述输出取得部是设置在所述PCS内的电流计和电压计。
本发明的太阳光发电系统评价方法，评价太阳光发电系统的性能，所述太阳光发电系统具有多个太阳能电池单元组成的太阳能电池板、以及和所述太阳能电池板连接并进行MPPT控制的PCS(功率控制系统)，所述太阳光发电系统评价方法包括：照度取得步骤，由配置在所述太阳能电池板的附近的多个照度传感器取得各照度；输出取得步骤，从所述PCS取得所述太阳能电池板的输出；一致度计算步骤，算出多个所述照度传感器测量的照度测量值的一致度；以及判断步骤，当所述一致度在预定的容许范围以内时，将在所述输出取得步骤取得的太阳能电池板的输出判断为真实值，采用所述太阳光发电系统评价方法，不进行I-V测量也可以利用太阳光准确评价室外的太阳光发电系统的性能。
按照这种本发明的太阳光发电系统评价装置，具备多个照度传感器，各照度传感器测量的照度的一致度在容许范围内时，将在所述输出取得部中从所述PCS取得的输出判断为真实值，所以能够仅选择采用太阳光的照度(日照量)稳定、太阳光大体均匀照射太阳能电池板整体而准确反映原本的输出的数据。
因此，以往因为考虑照度变化而将关于多个输出的数据平均化，所以不能准确评价原本的特性，但是按照本发明的太阳光发电系统，则能进行准确的评价。
并且，不需要像I-V特性的测量那样对太阳能电池板进行电流的扫描，所以能够使测量装置的结构变得简便且仅在现有设备上进行补充就能进行准确的评价。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的太阳光发电系统评价装置的示意图。
图2是表示同实施方式中的照度传感器的外观的立体示意图。
图3是同实施方式中的太阳光发电系统评价装置的功能示意框图。
图4是同实施方式中的照度传感器与日照计和高速日照计的响应速度的比较。
附图标记说明
100 太阳光发电系统评价装置
1 PCS
2 照度传感器
21 壳体
22 太阳能电池单元
3 评价器
31 输出取得部
32 测量值临时存储部
33 一致度算出部
34 判断部
具体实施方式
参照各图说明本发明的一个实施方式的太阳发电系统评价装置100。
本实施方式的太阳光发电系统评价装置100用于评价太阳发电系统的特性，所述太阳发电系统如图1所示具备：由多个太阳能电池单元组成的太阳能电池板SP；以及利用MPPT控制来控制所述太阳能电池板SP的动作的PCS1(功率控制系统)。
更具体地，所述太阳发电系统评价装置100以即使太阳光的照度发生变化、太阳发电系统也追随最大动作点进行发电作为前提，进行室外的性能评价。
即，所述太阳光发电系统评价装置100如图1所示具备：配置在所述太阳能电池板SP的周围的多个照度传感器2；以及根据各照度传感器2的输出和所述PCS1取得的信息对所述太阳光发电系统的性能进行评价的评价器3。
所述照度传感器2例如设在各太阳能电池板SP的附近，根据各照度传感器2之间的输出和位置关系能够测量或推断构成太阳能电池板SP的各太阳能电池单元上的照度。即，各所述照度传感器2之间的太阳光的照度，能够利用算术平均值和比例计算等以规定的精度算出。另外，图1表示了6个照度传感器2，但是以下为便于说明，区别说明设置位置不同的照度传感器2时，称作第一照度传感器2、第二照度传感器2。
如图2所示，在所述照度传感器2的长方体状的壳体21表面，露出9个阵列状配置的太阳能电池单元22。此外，所述照度传感器2具备无线通信机(未图示)，与所述评价器3之间利用无线通信把所述太阳能电池单元22的输出作为数据、向所述评价器3发送。在所述照度传感器2的9个太阳能电池单元22中，中央部分的太阳能电池单元22用于将其发电量转换为照度的照度计算，其他8个太阳能电池单元22供给用于驱动所述无线通信机等的电力。
采用这种太阳能电池单元22的照度传感器2，以与所述太阳能电池板SP的倾斜角基本相同的倾斜角配置，与所述太阳能电池板SP的设置状态基本相同。此外，如图4的图表所示，表示了相对第二照度传感器2(实质上可以作为太阳能电池板SP的输出)的输出的，日照计、高速日照计、本实施方式的第一照度传感器2的输出的比。从图4的图表可知，与通常的室外测量时采用的日照计和高速日照计比较时，本实施方式的第一照度传感器2基本无延迟地追随太阳能电池板SP的输出。由于采用日照计和高速日照计时产生延迟，因此在某时点难以准确得到与所述PCS1输出的电力对应的日照量，例如难以对根据日照量测量的值进行修正而得到真实值。另一方面，如果采用本实施方式的照度传感器2测量的照度，可以准确把握所述太阳能电池板SP的输出和日照量的关系，对太阳光发电系统的原本的特性进行评价。
所述评价器3包括：作为硬件设置在所述PCS1上的电流计和电压计组成的输出取得部31；以及进行各种计算的计算机。所述评价器3通过执行所述计算机的存储器中存储的太阳光电发电系统评价程序，和各种设备合作，根据所述PCS1和所述照度传感器2的输出执行所述太阳光发电系统的评价。而且，本实施方式中利用所述计算机至少发挥作为测量值临时存储部32、一致度算出部33、判断部34的功能。
所述输出取得部31借助所述PCS1内的电路中设置的分流器测量电流和电压，测量从所述太阳能电池板SP输出的电力。另外，本实施方式中构成所述输出取得部31的电流计和电压计通过有线和所述评价器3连接，但是也可以和所述照度传感器2同样由无线发送电力的测量数据。另外，由于所述PCS1利用MPPT控制始终以所述太阳能电池板SP在最大动作点上动作的方式进行控制，所以所述输出取得部31测量的电力的值可以认为是该时点的照度中的最大动作点上的电力。
所述测量值临时存储部32把所述输出取得部31测量的电力的测量数据作为时间序列数据临时存储。
所述一致度算出部33和所述判断部34判断所述输出取得部31测量的电力是否满足为进行评价而适合的太阳光的照射条件，并将满足测量条件的电力的测量数据判断为反映了原本的性能的真实值。
即，所述一致度算出部33算出多个所述照度传感器2测量的照度测量值的一致度。更具体地，所述一致度算出部33例如算出表示从各照度传感器2输出的照度的时间序列数据一致到什么程度的一致度。
本实施方式中所述一致度算出部33将从某一个照度传感器2输出的照度数据作为基准，算出从其他的照度传感器2输出的照度数据的各时刻的照度差。照度差例如表示相对于基准的照度、其他的照度具有百分之几的照度差。
所述判断部34在从基准的照度传感器2输出的照度满足规定的条件且所述一致度在预定的容许范围以内时，将所述输出取得部31借助所述PCS1测量的电力判断为真实值，并作为最终结果输出。
本实施方式的所述判断部34将所述测量值临时存储部32中存储的电力的时间序列数据中的、各自的照度差在作为容许照度差的1％以内时测量的值判断为真实值，并作为最终结果输出。即，各照度传感器2测量的照度基本不存在差异、所述太阳能电池板SP上不发生照度不均时，判断为满足了所述太阳能电池板SP可以提供原本的输出的测量条件，并将此时的电力判断为真实值。
在所述判断部34设定这种判断条件的理由如下。即使采用针对太阳光的照度变化、响应速度足够快的照度传感器2，有时也会产生1％以上的照度差。即，由于照度传感器2相同，所以这种照度差不是由于响应速度的不同而产生，而是反映了各照度传感器2的配置位置的不同带来的太阳能电池板SP上的太阳光的照度不均。而且由于照度差大于1％时不满足JIS和IEC规定的用于评价太阳能电池的照度不均的条件，因此对于以这种测量条件测量的电力，所述判断部34不将其采用为最终结果。
以下说明这种结构的本实施方式的太阳光发电系统评价装置100的效果。
按照本实施方式的太阳光发电系统评价装置100，所述判断部34将由各照度传感器2测量的照度差在1％以内时借助所述PCS1测量的所述太阳能电池板SP的输出判断为真实值，所以能够仅仅把太阳能电池板SP上几乎没有照度不均的状态下测量的电力作为最终结果输出。
以往考虑室外设置的大规模太阳光发电系统中太阳光的照射条件未保持一定，使用1个月等长期输出的平均值作为输出特性，反而难以进行准确的评价。对此按照本实施方式的太阳光发电系统评价装置100，不依赖太阳光发电系统的设置位置和气候条件，例如能够以1sun取得所述太阳能电池板SP上几乎没有照度不均的状态下的电力，能够以相同基准对各太阳光发电系统进行比较。
此外，以所述PCS1利用MPPT控制使所述太阳能电池板SP在最大动作点进行发电动作为前提，采用此时的值，所以不必为进行性能评价而实际测量I-V特性。因此，不必向所述太阳光发电系统导入复杂的测量设备，而且不必为测量I-V特性停止发电。因此，仅对现存的太阳光发电系统后附上所述评价器3，就能以由各种标准制定的测量条件定量评价发电能力。
此外，按照以往采用日照计和高速日照计的I-V特性的测量方法，只有在日照长时间稳定的晴天时才能得到测量机会，1年中只有几十天能在室外进行太阳光的I-V特性的测量。而采用本实施方式在能高精度评价原本的发电能力的同时，可以得到300天左右的测量机会。
以下说明其他的实施方式。
上述实施方式中测量对象的太阳能电池板SP是4个，但是其数量和大小没有特别限定。
上述实施方式中根据各照度的照度差算出一致度，但是也可以根据例如各照度与平均值的差、各照度的比等各种值算出一致度。只要一致度是比较各照度并反映各照度的偏差的值即可。
此外，可以设置多个照度传感器2，也可以根据太阳能电池板SP的数量和大小设置。即，能更准确评价太阳能电池板SP上的照度不均，由所述判断部34能更准确判断测量的输出是否为真实值。此外，照度传感器2的响应速度也可以比太阳能电池的输出更快。而且，照度传感器2还可以具备对照度或太阳能电池板SP的发电电力的测量值进行温度补偿的温度传感器。另外，温度传感器可以设置在太阳能电池板SP的背面。
所述输出取得部31取得的可以不是电力，例如可以仅仅是电流和电压。
所述判断部34中的判断条件不限于上述实施方式，可以进一步追加其他的判断条件。照度的规定条件可以适当设定。例如可以通过设定作为I-V特性测量的前提的1sun这种严格条件，仅抽出严密的特性。此外，在照度稳定在0.8sun和0.6sun等的条件的情况下，例如也能利用修正计算更准确评价太阳能电池板SP的输出。
更具体地，所述判断部34可以在所述太阳能电池板SP的发电期间内的前各照度传感器2测量的照度的变化量分别处于预定的容许变化量以内时，判断所述输出取得部测量的输出为真实值。这样，在太阳光的照度大幅变化时，可以通过不采用此时的电力等的输出作为测量结果，提高精度。
而且，所述判断部34可以在测量的各照度在容许照度范围以内时，将所述输出取得部31测量的太阳能电池板SP的输出判断为真实值。例如也可以仅在全部照度传感器2测量的照度为1sun附近的值时，将太阳能电池板SP的输出判断为真实值。这样，排除了在得不到作为测量的前提条件的照度时测量的数据，能仅仅考虑可靠的值。
此外，在不脱离本发明的发明思想的范围内，可以进行各种实施方式的变形和组合。
Claims (6)
1.一种太阳光发电系统评价装置，评价太阳光发电系统的性能，所述太阳光发电系统具有多个太阳能电池单元组成的太阳能电池板、以及和所述太阳能电池板连接并进行MPPT控制的PCS，
所述太阳光发电系统评价装置的特征在于，包括：
多个照度传感器，配置在所述太阳能电池板的附近；以及
评价器，通过有线或无线与所述PCS和所述多个照度传感器连接，根据各个的输出评价所述太阳光发电系统的性能，
所述评价器包括：
输出取得部，从所述PCS取得所述太阳能电池板的输出；
一致度算出部，算出多个所述照度传感器测量的照度测量值的一致度；以及
判断部，当所述一致度在预定的容许范围以内时，将所述输出取得部取得的太阳能电池板的输出判断为真实值。
2.根据权利要求1所述的太阳光发电系统评价装置，其特征在于，
所述照度传感器包括：
多个太阳能电池单元；以及
无线通信机，把所述多个太阳能电池单元中的至少一部分的输出向所述评价器无线发送。
3.根据权利要求1所述的太阳光发电系统评价装置，其特征在于，
所述一致度算出部算出作为所述一致度的照度差，所述照度差是多个所述照度传感器测量的照度测量值的差，
所述判断部在所述照度差处于预定的容许差以下时，将所述输出取得部取得的太阳能电池板的输出判断为真实值。
4.根据权利要求1所述的太阳光发电系统评价装置，其特征在于，多个所述照度传感器的取样时间设定在1毫秒以上100毫秒以下。
5.根据权利要求1所述的太阳光发电系统评价装置，其特征在于，所述输出取得部是设在所述PCS内的电流计和电压计。
6.一种太阳光发电系统评价方法，评价太阳光发电系统的性能，所述太阳光发电系统具有多个太阳能电池单元组成的太阳能电池板、以及和所述太阳能电池板连接并进行MPPT控制的PCS，
所述太阳光发电系统评价方法的特征在于，包括：
照度取得步骤，由配置在所述太阳能电池板的附近的多个照度传感器取得各照度；
输出取得步骤，从所述PCS取得所述太阳能电池板的输出；
一致度计算步骤，算出多个所述照度传感器测量的照度测量值的一致度；以及
判断步骤，当所述一致度在预定的容许范围以内时，将在所述输出取得步骤取得的太阳能电池板的输出判断为真实值。
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