CN108809257A - 太阳能模块效能监控设备的简化系统 - Google Patents

太阳能模块效能监控设备的简化系统 Download PDF

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林培钦
颜来平
蒋瑞康
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Abstract

本发明提供一种太阳能模块效能监控设备的简化系统，包括：参考模块，属于太阳能发电模块，其表面经常保持清洁状态；评估模块，属于太阳能发电模块，其表面被覆有实际环境所造成的灰尘；微处理部，设置有特定电阻，且各自连接至该参考模块、该评估模块及记忆部，各自侦测该两个模块的电流及电压，并会以运行相关公式的方式来找出最大输出功率，且通过两个模块的最大输出功率的差来计算出该评估模块因灰尘堆积所造成的功率损失；以及记忆部，连接至该微处理部，以记忆该微处理部所侦测的该两个模块的电流、电压及所计算出的最大输出功率及功率损失。

Description

太阳能模块效能监控设备的简化系统
技术领域
本发明关于一种太阳能模块效能监控设备的简化系统。
背景技术
近年来，世界各国都积极发展替代能源，例如太阳能、风能、地热能、水力能等相关天然能源，以取代石化燃料。其中，最受瞩目的是太阳能发电。由于太阳能发电具有不会枯竭、容易与建筑物结合等优点，而且加上近年来半导体材料的飞跃发展，使得太阳能的光电转换效率持续提升，所以让太阳能电池模块逐渐被消费者广泛应用。
太阳能发电系统与传统的电力系统有相当大的差异，其将太阳能电池经串、并联后封装制成太阳能电池模块(太阳能面板)，再根据太阳能电池模块的额定发电功率及最大功率点追踪装置(MPPT)或电力调节器来决定输出电压范围，最后将太阳能电池模块串、并联而组成适宜的太阳能电池数组，以获得最佳输出功率。
本案的发明人曾提出一种太阳能模块效能监控系统及其监控方法(中国台湾发明专利公开号201350892)，其中该太阳能模块效能监控系统包括：参考模块，属于太阳能发电模块，其表面经常保持清洁状态；评估模块，属于太阳能发电模块，其表面被覆有实际环境所造成的灰尘；两个最大功率点追踪装置，各自连接至该参考模块与该评估模块，各自追踪该两个模块的功率，将该等模块的功率输出保持在最大点；PV通讯记录装置，连接至该参考模块与该评估模块，以记录该两个模块的发电结果；以及演算显示设备，连接至该PV通讯记录装置，以计算出该评估模块因灰尘堆积所造成的功率损失。
本案发明人所提出上述发明专利申请案所揭露的太阳能模块效能监控系统的构成必须在每个模块设置有最大功率点追踪装置，才能进行最大功率的追踪，以输出最佳功率，此种设置也为现今太阳能发电系统欲输出最佳功率的最有效率的手段。但是，在太阳能发电系统当中对每个模块设置最大功率点追踪装置就会增加其构造上的复杂性，这些构造上繁琐的设计不仅会增加太阳能发电系统中的内部电功率耗损，进而对发电效率产生不良影响，并且也会让太阳能模块效能监控系统整体体积不得不设计为较大的体积，而增加设置难度。另外，由于如上述发明专利申请案所揭露的太阳能模块效能监控系统，需要每个模块设置有最大功率点追踪装置，所以在成本上亦会增加许多。
本发明人有鉴于此课题，积极着手从事研究开发，而研究出一种太阳能模块效能监控设备的简化系统，根据此系统，便可简化太阳能模块效能监控设备，而降低整体效能监控设备的内部电功率耗损，并进一步地借此来将整体系统迷你化，而可增进效能监控设备的监控准确性。
发明内容
一种太阳能模块效能监控设备的简化系统，包括：
参考模块，属于太阳能发电模块，其表面经常保持清洁状态；
评估模块，属于太阳能发电模块，其表面被覆有实际环境所造成的灰尘；
微处理部，设置有特定电阻，且各自连接至该参考模块、该评估模块及记忆部，各自侦测该两个模块的电流及电压，并会以运行下列公式(1)～(3)的方式来找出最大输出功率，且通过两个模块的最大输出功率的差来计算出该评估模块因灰尘堆积所造成的功率损失；以及
记忆部，连接至该微处理部，以记忆该微处理部所侦测的该两个模块的电流、电压及所计算出的最大输出功率及功率损失；
该公式(1)～(3)如下表示：
Vmp＝C1*VR+C2…(1)
Imp＝C3*IR+C4…(2)
Pmp＝Vmp*Imp…(3)
其中，Pmp为最大输出功率，Vmp为最大输出功率Pmp所对应的电压值，Imp为最大输出功率Pmp所对应的电流值，VR为特定电阻所对应的电压值，IR为特定电阻所对应的电流值，C1、C2为Vmp、VR的相关系数，C3、C4为Imp、IR的相关系数。
根据本发明的太阳能模块效能监控设备的简化系统的微处理部的运行方式，可简化太阳能模块效能监控设备，而降低整体效能监控设备的内部电功率耗损，并进一步地借此来将整体设备迷你化，而可增进效能监控设备的监控准确性。
附图说明
图1示出了本发明实施例的太阳能模块效能监控设备的简化系统中示意主要部分的结构方块图；
图2用以说明太阳能模块效能监控设备的输出功率的图式；
图3用以说明推得本发明实施例的太阳能模块效能监控设备的简化系统所使用的公式的图式；
图4用以说明本发明实施例的太阳能模块效能监控设备的简化系统的效果的图式。
具体实施方式
以下，参考附图详述本发明的太阳能模块效能监控设备的简化系统的实施例。图1示出了本发明实施例的太阳能模块效能监控设备的简化系统中示意主要部分的结构方块图。
本发明实施例的太阳能模块效能监控设备的简化系统1包括：
参考模块10，属于太阳能发电模块，其表面经常保持清洁状态；
评估模块20，属于太阳能发电模块，其表面被覆有环境、气候等因所造成的灰尘；
微处理部30，设置有特定电阻，且各自连接至该参考模块10、该评估模块20及记忆部40，各自侦测该两个模块在各种日照条件下所产生的电流及电压，并会以运行下列公式(1)～(3)的方式来找出最大输出功率Pmp，且通过两个模块的最大输出功率的差来计算出该评估模块20因灰尘堆积所造成的功率损失；以及
记忆部40，连接至该微处理部30，以记忆该微处理部30所侦测的该两个模块在各种日照条件下所产生的电流、电压及所计算出的最大输出功率Pmp及功率损失；
该公式(1)～(3)如下表示：
Vmp＝C1*VR+C2…(1)
Imp＝C3*IR+C4…(2)
Pmp＝Vmp*Imp…(3)
其中，Pmp为最大输出功率，Vmp为最大输出功率Pmp所对应的电压值，Imp为最大输出功率Pmp所对应的电流值，VR为特定电阻所对应的电压值，IR为特定电阻所对应的电流值，C1、C2为Vmp、VR的相关系数，C3、C4为Imp、IR的相关系数。
该参考模块10及该评估模块20的太阳能发电面板可设置为长度在70mm～1000mm的范围内，宽度在70mm～1000mm的范围内。
太阳能模块效能监控设备的简化系统1可进一步包括清洗系统(未图示)，可依据该微处理部30所计算出的功率损失，来换算出功率损失成本，并在此功率损失成本大于清洗成本时，进行清洗。
该清洗系统可为各种物理性清洗装置，例如喷液装置、气体吹净装置、机械刷头或刮刀等。
太阳能模块效能监控设备的简化系统1可进一步包括警告部，连接至该记忆部40，当该记忆部40所记忆的电流、电压及所计算出的最大输出功率Pmp及功率损失超过特定值时发出警告。
另外，参照图2及图3，就上述公式的细节来进一步地加以说明。图2用以说明太阳能模块效能监控设备的输出功率的图式。图3用以说明推得本发明实施例的太阳能模块效能监控设备的简化系统所使用的公式的图式。图2及图3的横轴为电压，纵轴为电流。
首先，参照图2，由于太阳能模块因其温度和总电阻之间有复杂的关系，故会使得其输出功率呈现出非线性的关系，此关系可以电流-电压特性曲线来加以表示。图2中的曲线A～E表示在不同日照条件下所得到的电流-电压特性曲线，曲线A表示在最低日照条件下所得到的电流-电压特性曲线，曲线B～E依序表示日照条件逐渐增强的情况下所得到的电流-电压特性曲线。在太阳能模块设备具备有最大功率点追踪装置的情况下，能找出该曲线A上的某一输出电流以及此某一输出电流所对应的输出电压相乘为最大值的点，此点即为最大输出功率PmpA，此某一输出电流即为ImpA，ImpA所对应的输出电压即为VmpA。同理，曲线B可得到最大输出功率PmpB，以及PmpB所对应的ImpB、VmpB。曲线C可得到最大输出功率PmpC，以及PmpC所对应的ImpC、VmpC。曲线D可得到最大输出功率PmpD，以及PmpD所对应的ImpD、VmpD。曲线E可得到最大输出功率PmpE，以及PmpE所对应的ImpE、VmpE。
此时，针对Pmp与Vmp的关系，分别收集PmpA、PmpB、PmpC、PmpD、PmpE的数据以及VmpA、VmpB、VmpC、VmpD、VmpE的数据，并将其两者做线性回归，即可得到Pmp＝α1*Vmp+α2的回归线方程式，其中α1、α2为回归系数。同理，针对Pmp与Imp的关系，分别收集PmpA、PmpB、PmpC、PmpD、PmpE的数据以及ImpA、ImpB、ImpC、ImpD、ImpE的数据，而将其两者做线性回归，即可得到Pmp＝β1*Imp+β2的回归线方程式，其中β1、β2为回归系数。
此外，如图3所示，通过设置在该微处理器30的特定电阻的倒数1/R所对应的电流与电压的比例(也即，1/R＝I/V)，来找出各种日照强度下的特定电阻所对应的电流IR及电压VR。详细而言，找出特定电阻R的倒数1/R在曲线A，也即最低日照条件下所对应的电流IRA，以及该电流IRA所对应的电压VRA。同理，也可依序找出在曲线B～E所对应的电流IRB、IRC、IRD、IRE，以及电流IRB、IRC、IRD、IRE所对应的电压VRB、VRC、VRD、VRE。此时，参照图3，也对特定电阻R的倒数1/R所对应的电流(IRA～IRE)的数据以及上述所得到的各日照条件下的最大输出功率的数据(PmpA～PmpE)做线性回归，便可得到Pmp＝ρ1*IR+ρ2的回归线方程式，其中ρ1、ρ2为回归系数。同理，也对电流(IRA～IRE)所对应的电压(VRA～VRE)及各日照条件下的最大输出功率的数据(PmpA～PmpE)做线性回归，即可得到Pmp＝σ1*VR+σ2的回归线方程式，其中σ1、σ2为回归系数。
另外，将Pmp＝α1*Vmp+α2的回归线方程式与Pmp＝σ1*VR+σ2的回归线方程式解联立，经整理后便可能到Vmp＝(σ1/α1)*VR+[(σ2-α2)/α1]，由于α1、α2、σ1、σ2为回归系数，而此回归系数在一般线性回归下为常数，故可将(σ1/α1)设为C1的常数，而将[(σ2-α2)/α1]设为C2的常数，借此，便可得到本案的公式(1)，也即，Vmp＝C1*VR+C2。同理来将Pmp＝β1*Imp+β2的回归线方程式与Pmp＝ρ1*IR+ρ2的回归线方程式解联立，而可得到Imp＝(β1/ρ1)*IR+[(β2-ρ2)/ρ1]，并将(β1/ρ1)设为C3的常数，而将[(β2-ρ2)/ρ1]设为C4的常数，借此，便可得到本案的公式(2)，亦即，Imp＝C3*VR+C4。
由于已得到Imp及Vmp的公式，故将Imp及Vmp相乘，即可得到最大输出功率Pmp，亦即公式(3)…Pmp＝Vmp*Imp。
由上述，便可得到该微处理器30所运行的公式(1)～(3)。因此，根据上述公式(1)～(3)，即便在未设置有最大功率追踪装置的情况下，只要在该微处理部30进行侦测太阳能模块在各日照条件下所产生电流及电压时，侦测到可对应于该特定电阻R的倒数1/R所对应电流IR及电压VR，便可带入上述公式，来求得Imp及Vmp，进而计算出最大输出功率Pmp。通过让该微处理器30运行公式(1)～(3)，便可省去最大功率追踪装置的设置，进而简化太阳能模块效能监控设备，而降低整体效能监控设备的内部电功率耗损。
另外，参照图4来说明本发明的太阳能模块效能监控设备的简化系统的效果。图4用以说明本发明实施例的太阳能模块效能监控设备的简化系统的效果的图式。图4的横轴为日照强度(Irradiance)(单位：W/m2)，纵轴为最大输出功率与额定输出功率Wp的比值。
图4中的实心三角部分表示以往装设有最大功率追踪装置的太阳能模块效能监控设备，而空心菱形部分表示本发明实施例的太阳能模块效能监控设备的简化系统。如图4所示，可知由于本发明实施例的简化系统相较于以往装设的太阳能模块效能监控设备会呈现更为良好的线性关系，且本发明实施例的简化系统的决定系数R2也较以往装设有最大功率追踪装置的太阳能模块效能监控设备的决定系数R2要更接近于1，故由此便可得知本发明实施例的太阳能模块效能监控设备的简化系统可更有效果地侦测出最大输出功率，以让太阳能模块输出最佳功率。
以上，便已就本发明的太阳能模块效能监控设备的简化系统进行说明，但本发明并不限定于此，任何在本案申请专利范围所限定的内容要旨下，可进行各种改变。例如，也可在本发明所揭露的结构外，追加辅助其他有助于太阳能模块效能监控设备的简化系统1于发电功效或侦测功效上的辅助组件，例如温度传感器、雨量计或微粒子检出器。
根据本发明的太阳能模块效能监控设备的简化系统，可省去最大功率追踪器的设置，来简化太阳能模块效能监控设备，而降低整体效能监控设备的内部电功率耗损，并进一步地借此来将整体设备迷你化，而可增进效能监控设备的监控准确性。
【符号说明】
1…太阳能模块效能监控设备的简化系统
10…参考模块
20…评估模块
30…微处理部
40…记忆部

Claims (5)

1.一种太阳能模块效能监控设备的简化系统，包括：
参考模块，属于太阳能发电模块，其表面经常保持清洁状态；
评估模块，属于太阳能发电模块，其表面被覆有实际环境所造成的灰尘；
微处理部，设置有特定电阻，且各自连接至所述参考模块、所述评估模块及记忆部，各自侦测该两个模块的电流及电压，并会以运行下列公式(1)～(3)的方式来找出最大输出功率，且通过该两个模块的最大输出功率的差来计算出所述评估模块因灰尘堆积所造成的功率损失；以及
记忆部，连接至该微处理部，以记忆所述微处理部所侦测的该两个模块的电流、电压及所计算出的最大输出功率及功率损失；
该公式(1)～(3)如下表示：
Vmp＝C1*VR+C2…(1)
Imp＝C3*IR+C4…(2)
Pmp＝Vmp*Imp…(3)
其中，Pmp为最大输出功率，Vmp为最大输出功率Pmp所对应的电压值，Imp为最大输出功率Pmp所对应的电流值，VR为特定电阻所对应的电压值，IR为特定电阻所对应的电流值，C1、C2为Vmp、VR的相关系数，C3、C4为Imp、IR的相关系数。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述参考模块及所述评估模块的太阳能发电面板设置为长度在70mm～1000mm的范围内，宽度在70mm～1000mm的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其进一步包括清洗系统，依据所述微处理部所计算出的功率损失，来进行清洗。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述清洗系统为喷液装置、气体吹净装置、机械刷头或刮刀。
5.根据权利要求1或2所述的系统，其进一步包括警告部，连接至该记忆部，当该记忆部所记忆的电流、电压及所计算出的最大输出功率及功率损失超过特定值时发出警告。
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