CN113950693A

CN113950693A - 光伏发电评估方法和实施该方法的评估和管理单元

Info

Publication number: CN113950693A
Application number: CN202080042739.2A
Authority: CN
Inventors: 瓦雷里克·卡萨涅; 穆罕默德·奇古尔
Original assignee: Total Renewables SAS
Current assignee: TotalEnergies Renewables SAS
Priority date: 2019-04-11
Filing date: 2020-04-10
Publication date: 2022-01-18
Also published as: EP3953875A1; WO2020208237A1; US20220166217A1; JP2022528759A; JP7564124B2; FR3095067A1

Abstract

本发明涉及一种对安装在场地(1)上的供能设施(11)的光伏发电进行评估的光伏发电评估方法，所述供能设施(11)包括至少一个具有至少一个光伏模块(14)的发电单元(12)；其特征在于，所述光伏发电评估方法包括以下步骤：‑确定安装有所述供能设施(11)的场地(1)的过去或预测性辐照度值，该确定是在一秒至两年的时间间隔内进行的，和‑根据所确定的辐照度值和预先记录在数据库(30)中的数值，评估产生的光伏电功率，所述数据库(30)包括对于一年中每一天和每一天中不同时刻能够根据辐照度而确定所产生的光伏电功率的预先记录的数值。

Description

光伏发电评估方法和实施该方法的评估和管理单元

技术领域

本发明涉及的领域是光伏发电评估。更具体而言，本发明涉及一种用于评估光伏发电的方法和实施该方法的评估和管理单元。

背景技术

由于化石能源的成本日益增长而且消耗这些化石能源而产生的污染增多，人们越来越多地关注可再生能源和按照可持续发展逻辑的能量消耗。该趋势自然有利于例如太阳能的可再生能源。目前常规的做法是安装光伏面板，特别是在商业、公共建筑的屋顶上，或简单地在私人住宅的屋顶上，以用于自给消耗或将例如全部产出或仅多余的能量供应给公共电网。

目前正在发展正能量街区。通过以可再生的方式产生他们所消耗的能源，这些街区的目的在于在电力方面自给自足。这样的一个示例是IssyGrid项目，这是将私人住宅和办公室组合起来的实验性项目。为了该项目，不同的地点已经特别地配备有光伏模块，以能够发电从而满足该街区的设施的能量需求。

这些设施的不同电气设备例如在网络中互连并还可受控，以根据即时发电量和/或例如蓄电器中的储存量来优化它们的运作，同时限制来自该街区所连接的公共电网的后备电力。

还存在不同的控制模块，其允许限制不同电气设备的消耗以尤其控制空调或供暖(可逆热泵)设施、家用电器(洗衣机、洗碗机、热水器)或甚至照明的优化运作。

由此，IssyGrid项目的目的在于创建能够产生自身所需能量并可能地能够将多余的可再生电力注入公共电网的街区。

为了至少部分地实现这样的自主性，必须能够以可预测性的方式评估所产生的光伏电能，这在例如面对能量需求高而可再生发电不足的情况下，使得能够在以下两种方式之间做出选择：一方面是利用来自公共电网或来自储存在蓄电器中的后备电力，另一方面是简单地撤掉一些被认为是例如非关键的耗电器。

实际上，如果可用或产生的可再生能量的量对于满足该区中的各个耗电器的能量需求而言生产过剩或不足的话，可能必须实施储存方案，通知公共电网的运营商或从储存单元获取，或限制某些已识别的耗电器。

这样的解决方案可例如在严冬的情况下发生，在严冬期间，可再生能源的发电能力显著低于需求，或相反地，在光伏发电量高而日间消耗低的夏天发生。

在光伏设施设计的情况下，当前已知一些允许计算可再生发电量预测的软件。对未来的某发电场地，该软件用于确定光伏设施的尺寸，并一般会考虑到历史气象数据。

这些历史气象数据例如包括在设置该设施的地理区域中一年中不同时期的光照水平。

该软件主要是为了计算这种项目的投资回报率和由此的财务可行性而研发。

在用于自消耗项目的更加复杂的版本中，一些软件还考虑到包括电能产生单元、电能储存单元和电能消耗单元的更加复杂的设施的电力需求和耗电器侧。

然而，该类软件不能以可靠或实用的方式预测未来时期内发电单元产生的光伏电能，尤其是逐天地并在一天中以足够精确的采样间隔来预测。实际上，由发电单元产生的光伏电能取决于即时的气象条件。这些气象条件可在不同天之间或甚至在同一天内变化。

而且，该软件进行的计算相当复杂和耗时，这使得它不适于进行预测性评估以允许例如实时调节供能或电气设备消耗。

而且，已知的这些光伏模拟软件起初是为评估年度性能而设计的，它们经常具有大约一小时的计算间隔且不能调整，这对于要求分钟级评估预测的同日评估而言太长了。

因此，这些软件尽管在建模和人机工程学方面非常出色，但不适于预测短期内的光伏发电，不准确，并需要大量的计算时间。

因此，为了满足这些正能量街区的不同设施的能量需求，必须能够实时预测所产生的光伏电功率，并可能地激活从公共电网将电力供应或注入到这些设施，激活储存单元或命令减少该街区中的某些已识别的耗电器或电气设备的消耗或将其开启。

在尤其是具有热电发电机(例如柴油发电机组)的混合电气系统中，短期光伏预测允许预计到例如由于云的经过而造成的太阳能发电的减少并允许提前开启一个或多个发电机，以允许避免强制关停甚至断电。作为回报，可靠的预测允许使运作中的发动机的数量最小化，降低燃料消耗和维护需求，同时确保可靠的供电。

因此，本发明的目的之一在于提供一种解决方案以允许在不使用复杂计算的情况下实时地评估设施的光伏发电。

另一方面涉及出于诊断目的而控制产生的电能。实际上，通过以足够精确的方式根据实际的气象状况评估发电单元在过去的时间间隔内的理论光伏发电量并将该理论发电量与发电单元在相同时间间隔内的实际发电量进行比较，能够确定发电单元的运行状态，并且在偏差过大的情况下能够安排例如必要的维护操作。

实际上，如果所产生的电量比期望的电量少太多，可推断出发电单元有技术故障，例如模块链或逆变器故障，或尘埃或泥土沉积等。

本发明的目的因此在于通过提出一种允许监控、诊断或预测光伏发电的评估光伏发电的简便方法，以至少部分地克服现有技术中的上述问题。

发明内容

为此，本发明的主题在于一种对安装在场地上的供能设施的光伏发电进行评估的评估方法，所述供能设施包括至少一个具有至少一个光伏模块的发电单元；

所述光伏发电评估方法包括以下步骤：

-确定安装有所述供能设施的场地的过去或预测性辐照度值，该确定是在一秒至两年的时间间隔内进行的，和

-根据所确定的辐照度值和预先记录在数据库中的数值，来评估产生的光伏电功率，所述数据库包括对于一年中每一天和每一天中不同时刻能够根据辐照度而确定所产生的光伏电功率的预先记录的数值。

该方法的不同步骤例如由包括处理装置的评估和管理单元或例如微处理器或微控制器的计算机系统自动地进行。如将在本说明书下文中所描述的那样，由于使用数据库，这些处理装置的能力可以是有限的。特别地，所产生的光伏电功率值由处理装置读取并可被随后储存和处理。

使用例如呈表格形式的数据库以通过引入辐照度来确定发电单元所产生的光伏电功率，会限制用于确定该产生的光伏电功率所需的计算能力。

由此，使用这样的数据库使计算便利并因此允许更简单且更快速地确定一天中任何时刻所产生的光伏电功率。而且，使用这样的数据库允许自动化地确定由发电单元产生的光伏电功率。

本发明还可以单独或组合地包括以下方面中的一个或多个：

根据一个方面，预先记录在数据库中的数值对应于根据辐照度值而产生的光伏电功率值。

所述数据库包括例如对于包含在所述数据库中的每个时刻，根据不同辐照度水平而产生的电功率值，所述辐照度水平的范围为0至1300W/m²，尤其是以10W/m²为增量。

对于所述数据库中没有给出、而是位于数据库给出的两个水平之间的辐照度水平，可通过对所述数据库给出的两个辐照度水平所指示的光伏电功率值进行线性插值，来确定所述光伏电功率值。

根据另一方面，预先记录在所述数据库中的所述数值对应于数学函数的系数，所述数学函数描述了根据辐照度而产生的电功率值。

该数学函数可以是多项式，尤其是四次多项式。

尤其通过根据不同辐照度值对产生的电功率值做最小二乘回归，来确定数学函数的系数，所述辐照度值的范围例如为0至1300W/m²。

所述方法可包括对根据辐照度而产生的光伏电功率进行修正的步骤，该修正步骤通过应用修正系数而将所述安装场地上预测的、过去的或测得的温度和/或风速值考虑进去。

特别地，所述修正系数是线性修正系数。

在所述数据库中给出了例如至少在每天日出和日落之间所述预先记录的数值，这些日间时刻之间的时间间隔介于5分钟至2小时之间、特别地为1小时。

对于数据库中没有给出、而是位于所述数据库给出的两个时刻之间的某日间时刻，可通过对所述数据库给出的两个时刻所指示的预先记录数值进行线性插值，来确定其预先记录数值。

特别地，进行发电评估的采样间隔小于或等于五分钟、特别是一秒钟。

本发明还涉及一种为供能设施预测光伏发电和管理电气设备的方法，安装有所述供能设施的场地配备有至少一个电气设备，所述供能设施包括至少一个具有至少一个光伏模块的发电单元，其包括以下步骤：

-执行如上所述的光伏发电评估方法，其中，在确定辐照度值步骤中，为安装有所述供能设施的场地确定预测性辐照度值，在一秒至两天之间的预测性时间间隔内进行所述确定，和

-根据对所述供能设施的光伏发电的评估，调节至少一个电气设备的运行模式。

本发明还涉及一种对安装在场地上的供能设施的光伏发电进行监控和诊断的方法，所述供能设施包括至少一个具有至少一个光伏模块的发电单元，所述方法包括以下步骤：

-执行如上所述的光伏发电评估方法，其中，在确定辐照度值步骤中，对于过去的时间间隔，确定安装有所述供能设施的场地的历史辐照度值，和

-将评估的光伏发电与在过去的时间间隔内测得的光伏发电进行比较。

根据一个额外的方面，该方法还包括生成警告的步骤，如果评估的光伏发电与在所述过去的时间间隔内测得的光伏发电之间的差值超过预定阈值，则生成警告。

本发明还涉及一种评估和管理单元，其包括配置为实施如上所述的方法的装置。

本发明还涉及一种计算机程序产品，其能够被加载到评估和管理单元的内部存储器中，所述评估和管理单元包括用于当所述计算机程序被计算机执行时执行如上所述的方法的步骤的部分软件代码。

附图说明

参照作为非限制性示例提供的附图，本发明的其它特征和优点将在以下的说明书中显现，在附图中：

图1是配备有可再生能源的供能设施的场地的示意性立体图；

图2是包括供电设施的本地电网示意性概览图；

图3是评估光伏电功率的数据库的示意图摘录的一个示例，其根据辐照度水平和一年中的时间，评估图1和2中的场地上的供能设施所产生的光伏电功率；

图4是示出对于一年中的多个时刻，图1和2中的场地上的供能设施根据辐照度而产生的光伏电功率的示例图；

图5是评估光伏电功率的数据库的示意图摘录的一个示例，其根据辐照度和一年中的时间，利用多项式函数的系数来评估图1和2中场地上的供能设施所产生的光伏电功率；

图6是示出数据库的构成的图，该数据库用于评估图1中场地上的供能设施所产生的光伏电功率；

图7是用于评估所产生的光伏电功率的方法的一个实施例的流程图；

图8是用于预测光伏发电和管理电气设备的方法的一个实施例的流程图；和

图9是用于监控和诊断光伏发电的方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

在所有附图中，具有相同功能的元件具有相同的附图标记。

以下实施例是示例。尽管本说明书提及一个或多个实施例，然而这不一定意味着每处提及都涉及相同实施例或各特征仅适用于唯一实施例。不同实施例的单独特征也可组合或互换以提供其它实施例。

定义

在以下说明中，“光伏模块”是指最基本的(直流)发电单元，其由相互连接的并完全被保护免受外部环境影响的光伏电池组件构成，即如IEC-TS61836标准所限定的组件。

在以下说明中，“实时”是指小于等于十分钟的评估采样间隔，尤其是小于等于五分钟、特别是每分钟。

在以下说明中，根据ISO 80000-7§19标准的“辐照度”或能量照度(法语éclairementénergétique)是指对撞击单位面积的电磁辐射功率的量化。辐照度对应于到达表面上所考虑的点的能量流的表面密度。对于整个太阳光光谱或光谱的限定部分而言，该表面密度用每平方米瓦特(W/m²)来表达。辐照度尤其可以是“全球水平辐照度”(英语Global Horizontal Irradiance，即GHI)、在如模块平面的固定或可变的限定平面中的辐照度，漫射辐照度和/或正常的直射辐照度或以上信息的组合。

在法语中，“temps(时间，气象)”这个词可与时间顺序或气象相关联。在本说明书中，“temps”这个词将仅用于描述时间元素，“气象”或“气象的”这些词用于描述与气象相关联的元素。

“气象参数”是指任何可影响光伏模块的运作、尤其是影响其效率的与气象相关的参数，例如在安装场地上的辐照度值、温度和/或风速。

“时间间隔”是指评估时期或预测时期的起始与终止之间的时长。预测性时间间隔是未来预测时刻与当前时刻之间的时长。如果说预测性时间间隔是36小时，就是能够在当前时刻对从当前算起36小时以内的气象参数值进行预测。

“采样间隔”是指例如确定辐照度值所需的两个时刻之间的时长，或在“时间间隔”上光伏发电评估点之间的时长。因此，对于36小时的预测性时间间隔和5分钟的采样间隔，可计算从当前算起36小时之内，每5分钟的光伏发电，则有36×60/5+1＝433个未来发电值。

场地

图1示出了场地1，例如商业场地，例如尤其是带有零售建筑3和燃料加注建筑结构5的服务站，建筑结构5带有例如遮雨檐式的屋顶7。在该场地1上还安装有各种电气设备10。

电气设备10是例如热泵、空调系统、照明和/或显示设备、燃料加注泵，或甚至自动加注器。

在该场地1上还安装有供电设施11(见图2)，其包括至少一个具有至少一个、优选为多个光伏模块14的发电单元12和评估和管理单元16。

该发电单元12的每个光伏模块14都有已知的发电特征，尤其是根据日照、更具体而言尤其根据辐照度以及例如温度而产生的电功率的特征。可使用已知技术的光伏模块14，例如具有例如晶体硅光伏电池(未示出)的模块。

如在图1中可见，光伏模块14例如安装在燃料加注建筑结构5的屋顶7上。

供电设施11还可选地包括电能储存单元18，用来储存由发电单元12和/或热电发电机20所产生的电能。

该储存单元18可例如是蓄电池或电能蓄能器。

热电发电机20可以由柴油发电机组形成，例如在公共电网故障或断电的情况下，或在当开启发动机组比从公共电网取电在经济上更加有利的情况下，可以开启该柴油发电机组以保障电能的补充。

明显地，考虑到其它实施例，其中，场地1可以是包括个人或集体住房、办公室或甚至工业建筑的住宅区和/或工业园区。

如在图2中示意性地示出，供电设施11和电气设备10例如在由评估和管理单元16控制的本地电网22中互连。

如将在下文中更加详细地说明的，将评估和管理单元16配置为分析发电单元12的发电、分析电气设备10的电力要求，以及控制例如储存单元18和/或一个或多个热电发电机20和本地电网22的各个单元之间的电力流动。该本地电网22还连接到公共电网24，该公共电网24能够接收由供能设施11产生的多余电力或允许视情况完全或部分地补充供应或者替代发电单元12。

为此，将评估和管理单元16例如配置为激活/禁用/控制设置在该本地电网22中的开关、继电器和/或转换器(未示出)并管理各种电流。

因此，取决于例如对于场地1的运营者而言在经济上最为有利的方式，由发电单元12产生的电能可直接被电气设备10消耗、由储存单元18储存，或供应给公共电网24。

储存单元18储存的电能可例如供应给电气设备10，尤其是在发电单元12产生的电能不足的情况下。

公共电网24的电能可例如供应给电气设备10，尤其是在发电单元12和/或热电发电机20产生的电能不足、又或者在储存单元18中的可用电能不足的情况下。

最后，由例如是柴油发电机组的本地热电发电机20所产生的电能也可以在例如在公共电网24故障或断电的情况下开启，以确保后备电力可供应给电气设备10。

因此，为了使得评估和管理单元16能够做出这些判断，必须实时地预测发电单元12所实现的光伏发电，这高度取决于场地1上的气象状况，并且也必须考虑到耗电的各种设备10的电力要求和通过公共电网24买回或卖出电力的条件。

在一个更加先进的变型中，将评估和管理单元16配置为更加精细地控制至少一些电气设备10的能耗，例如限制一些电气设备10在给定时期内的消耗。特别地，通过限制公共电网24上的消耗，这提高了场地1的能量自足性并因此优化了场地1的电费账单。在例如空调系统的情况下，可将评估和管理单元16配置为将目标温度提高例如一度以限制消耗。

为了通知公共电网24的运营者，以便被准许不受惩罚地从公共电网24获取一定电量或将一定电量注入公共电网24，或仅仅是为了能及时地开启热电发电机20，预测性方面也可能是必需的。

为此，特别地，评估和管理单元16尤其通过远程通讯装置26连接到配置为将预测性或历史气象参数(例如其上安装有发电单元12的场地1处的辐照度值、风速或温度)传达给评估和管理单元16的气象评估系统28。气象评估系统28处于远程并包括例如远程服务器。

评估和管理单元16例如是配备有存储器、一个或多个处理器或微控制器以及通讯装置的计算机，这些通讯装置配置为沟通并控制供能设施11以及电气设备10、与气象评估系统28以及与例如公共电网24的运营者沟通。该评估和管理单元16可安装在场地1上或远程安装。

将评估和管理单元16配置为实施通过使用数据库30来评估供能设施11的、尤其是发电单元12的光伏发电的评估方法，该数据库30包含对于一年中每一天和每一天中不同时刻能够根据辐照度而确定所产生的光伏电功率的预记录数值。

为此，将评估和管理单元16配置为访问数据库30，该数据库可保存在评估和管理单元16的存储器中(如在图2中示意性所示)或位于远程服务器上。

根据第一实施例，预记录数值对应于由发电单元12根据辐照度而产生的光伏电功率值。

在图3中以表格的形式示出了该数据库30的表达和内容的示例。

该数据库30包含对于一年中每一天和每一天中不同时刻根据辐照度而产生的光伏电功率值。

更具体而言，该数据库30在纵坐标32上包括以例如10W/m²为增量的辐照度水平。在本实施例中，辐照度值的范围为0至1300W/m²，在本示例中为0至1100W/m²。该水平范围似乎是足够的，这是因为一般而言，与太阳直射光线正交的表面的辐照度的最大值约为1000W/m²。

横坐标34示出了例如按照日期和时间编引的一年中的时刻。在本实施例中，在数据库30的表格中有一年中每一天(从1月1日(01/01)至12月31日(12/31))，并且对于每一天，示出了按小时编引的不同时刻，例如以一小时为间隔的从00:00至23:00的二十四个时刻。

显然，可在不超出本发明的范围内改动数据库表格30。因此，各个时刻之间的时间间隔可以长于或短于一小时，而每天可以有多于(或少于)二十四个时刻。而且，还可通过仅在该数据库30的该表格中编引处于日出与日落之间的时刻(能够容易地通过天文计算以确定)，而隐含地忽略当辐照度值为零或可忽略时的夜间时间。

因此，针对至少在每天日出与日落之间的日间时刻，图3的数据库30中给出了根据辐照度32而产生的光伏电功率值36，这些日间时刻之间的时间间隔优选是有规律的，并且介于30分钟至2小时之间、尤其是1小时。

更具体而言，一年中每一天可以小时划分，即对于普通年而言有8760个时间间隔。

对于编引在数据库30中的一年中每个时刻和每个辐照度水平，在0至1100W/m²的范围内并以10W/m²为增量单位，预先记录对应于由发电单元12所产生的光伏电功率的电功率值36。

因此，如果例如在01/01在12:00接收到470W/m²的全球水平辐照度，可例如评估由发电单元12产生的光伏电功率为3305573kW。在16:00，该相同辐照度产生了2325012kW的光伏电功率。

因此，明显地，基于可以是预测性的或历史值的辐照度值，能够非常容易地评估发电单元12产生的光伏电功率。

因此出于天文原因，根据日期和预定的地理区域，该数据库30考虑太阳的直射光线与光伏模块14的表面之间形成的角度，该角度根据季节和一天中的时间而变化。

如果由气象评估系统28确定的辐照度值32并非确切为数据库30中预先记录的辐照度水平中的其中一个，则可进行线性修正、以通过如插值方法，逼近这些在个别状况下产生的光伏电功率36。

用在一天中给定时间、例如7月20日的10:00的468W/m²的预测辐照度32作为示例。在这样的情况下，可进行以下计算：

[数学式1]

其中：

-P1对应于在给定时刻T预测辐照度32对应产生的光伏电功率36；和

-E_e对应于预测辐照度值32。

根据图3中的数据，在7月20日10:00：

另一方面，如果为评估电功率所选择的时间并非精确地被图3的数据库给出的时间，也可进行线性修正以确定在该精确时刻所产生的光伏电功率36。

例如，辐照度32的预测可能会在7月20日10:15进行。在这样的情况下，为了预测7月20日在该精确时间和预定的时间间隔内产生的光伏电功率36，可进行以下计算：

[数学式2]

其中：

-P2对应于对于给定的辐照度在一天中的具体时刻产生的光伏电功率。

根据图3中的数据，7月20日，对于468W/m²：

对于10:00：

对于11:00：

因此对于10:15：

由于在该示例中的修正是线性的，可首先在辐照度水平上然后在间隔内的时刻上进行修正，或顺序相反。

根据能够进一步减小数据库30的大小的第二实施例，预记录数值对应于数学函数的系数，该数学函数尤其是例如四次多项式函数，其描述了根据辐照度值产生的光伏电功率值，其中辐照度值的范围在0至1300W/m²。

例如，如果为一年中不同时刻绘出根据辐照度水平32的光伏电功率36的值，即获得图4中示出的图。

由此，曲线41(三角形)、43(菱形)、45(方形)和47(圆形)分别示出了根据以下时刻的辐照度水平32的光伏电功率36的值：01/01在12:00、01/01在16:00、07/20在10:00和07/20在11:00。

使用例如以插值四次多项式函数作为最小二乘回归的数学函数，能够确定将要被预先记录为数据库30中的数值的系数，以计算由发电单元12所产生的根据辐照度的光伏电功率。

更具体而言，由在图4所图示的以下段落中描述的模型的计算值，可通过最小二乘回归法，用四次多项式建立功率36与辐照度32的关系的模型。该多项式写为：

P(Ee)＝A×Ee⁴+B×Ee³+C×Ee²+D×Ee+E

通过该回归，对于一年中的某时刻，能够推导出将被记录在数据库30中的5个系数A、B、C、D和E，如在图5中所示，该图5示出了形式为具有不同系数的表格的该数据库30的表达和内容的示例。

还是在该实施例中，对于一年中每一天和每一天中不同时刻，该数据库30包括一组系数，例如A、B、C、D、E，其允许借助数学函数计算根据辐照度而产生的光伏电功率值。

对于来自测量或预测的辐照度32，为了评估发电单元12的光伏电功率，只需要在数据库30中找到对应于评估时刻的系数A至E，并使用这些系数以多项式计算电功率36。例如，为了确定7月20日10点的电功率36，从数据库提取到一年中该时刻的系数A至E分别是：-4.6074×10^-6、3.1851×10^-3、3.4227×10⁰、4.7805×10³、0×10⁰。则对于468W/m²的GHI辐照度的光伏电功率36就是：P(468)＝-4.6074×10^-6×468⁴+3.1851×10^-3×468³+3.4227×10⁰×468²+4.7805×10³×468+0×10⁰＝3092387kW

与第一实施例相比，本方法无需对辐照度进行插值计算以处理精确的辐照度水平。相反地，如上所述，为了评估数据库的两个时间间隔之间的时刻的电功率，却必须总是进行插值。在前述实施例中，为了评估在468W/m²的GHI下的在10点15分的电功率，

P2(10:00)＝3092387kW

P2(11:00)＝3048581kW

即与第一实施例相比仅相差0.5％。

数据库30的该第二实施例描述根据辐照度和时间的发电单元12的性能，它更加紧凑，这是因为每个时间间隔仅有5个预先记录的数字值，而不是在0至1100W/m²之间以10W/m²为增量的数据库的情况下的111个，即存储需求大约为22分之一。

可通过使用其它数学函数或其它回归或其它用于确定系数的方法，使用除四次多项式以外的数学模型来描述根据辐照度32的电功率36的性能。所选择的方法会影响数据库的大小和计算能力要求。

由此，可准确地评估在一年中每个时刻的和对于所有辐照度状况的发电单元12的光伏发电。

为了使得该评估尽可能准确，如将在下文详细说明的那样，特别关注数据库30的计算和创设。

创建和使用数据库30

图6简化并示意性地呈现了允许创设数据库30的操作块。块B1代表了对前述供能设施11、尤其是发电单元12整体的预先建模，块B2代表了现有技术中已知的调整或模拟的程序，例如商用产品PVSYST、PVSOL或学术产品SAM或协作产品LADYBUG。这样的建模考虑到多个参数，例如尤其是光伏模块14的特征、它们在场地1上的布置/取向/倾斜，以及它们的数量和效率。

建模还包括对光伏模块14之间的接线的描述，以及例如对所使用的功率转换设备(逆变器、控制器、变压器等)的描述。

建模可以还考虑到环境，例如远或近的遮蔽和自我遮蔽。

一旦完成了该建模，计算并在数据库30中记录用来确定由发电单元12产生的光伏电功率的数值，该光伏电功率是对于由块B4代表的辐照度值(图3所示的实施例)或数学函数的系数(图5所示的实施例)和一年中所有预定时刻(由块B3表示)并按照使用者或软件所限定的时间间隔建模所得，其中辐照度值(例如GHI)尤其是介于0至1100W/m²之间且以10W/m²为增量，这允许获得上述的图3或5中的数据库30的表格。

因此，尤其是使用已知的用于光伏设施的调整和建模软件进行该计算，其中考虑到场地1上的发电单元12的具体配置，。

在计算功率和专用软件方面相对耗能的这些计算仅进行一次以创设数据库30。如上所述，通过简单地读取或插值计算所述数据库30中的值，实现后续的评估。而且，由于在场地1上铺展和组装供能设施11之前，经常需要进行至少一次对其的建模，尤其是为了研究成本收益，这方便了数据库30的创设。

使用这样的数据库30的优点之一在于预测性或历史的辐照度值直接考虑到一些气象现象，例如云层。

光伏发电评估方法

图7示出了用于评估安装在场地1上的供能设施11的光伏发电的评估方法的一个实施例。

根据步骤E1，对于安装有供能设施11的场地1，对于时间间隔为一秒至两天或甚至两年的日间时刻，确定过去的或预测性的辐照度值。尤其通过由气象评估系统28借助远程通讯装置26给评估和管理单元16提供辐照度值来进行该步骤E1。

在预测性评估的方面，以一秒至两天之间、尤其是小于5分钟的预测性时间间隔进行辐照度和其它气象参数的确定。明显地，预测性时间间隔越短，对辐照度值的预测就越可靠。如下文将解释那样，两次辐照度值预测之间的间隔可根据需求来选择，例如在管理本地电网22的情况中为每10秒进行一次预测。

在历史评估的方面，采集的气象参数可在过去的数分钟至数天的时间间隔内分次进行。

以短于或等于给定的预测性时间间隔、通常为一秒至数小时的时间间隔进行给定的预测性时间间隔内的气象参数确定(预测或采集)。

然后在步骤E2期间，根据确定的辐照度值、该评估在一年中的时间点和在数据库30中的预先记录的产生的电功率值36来评估产生的光伏电功率，即通过简单的读取或通过使用如在上文中两个实施例所详细说明的数学函数和系数进行计算，必要时对辐照度32或一年中的时刻34进行线性插值。

根据可选的步骤E3，通过考虑预测的、过去的或测量的温度(尤其是模块14的温度或场地1上的环境温度)的值和/或在安装场地1上的风速值，应用修正系数，尤其是线性修正系数，对所产生的光伏电功率的数据库30中的预记录数值36进行修正的步骤。

实际上，光伏模块14、尤其是组成它们的电池是光伏转换效率与电池的工作温度几乎线性相关的组件。其次，环境温度可限制例如逆变器的能量转换器的转换效率。

温度则可例如借助固定到模块14并连接到评估和管理单元16的温度传感器来确定，或温度可以是由气象评估系统28传输的气象预测计算的结果。

因此，以5分钟或更短、尤其是每秒的采样间隔循环地执行步骤E1和E2或E1至E3，可进行准确和快速的光伏发电评估。

如果接收到的辐照度、温度或风速值的采样间隔超过评估计算的采样间隔(即两个辐照度值确定之间的间隔长于两个发电评估之间的间隔)，还可使用第一近似线性插值来细化计算。

使用例如呈表格形式的数据库30，以通过简单的确定(预测性或历史性采集)辐照度来确定过去或未来的由发电单元12产生的理论光伏电功率36，允许将所需的计算能力限制到最低限度。由此，使用这样的数据库30使计算便利，并因此允许更简单且更快速地确定由供能设施11在一天和一年中任何时间产生的光伏电功率36。使用该数据库30允许几乎即时评估所产生的电功率，而用现有技术已知的调整程序是不可行的。

而且，使用这样的数据库30允许以5分钟或更短、尤其是每分钟的精细采样间隔自动地确定供能设施11理论上产生的光伏电功率。

评估的计算还可在物理机器或云计算中的虚拟机器上进行，而对于例如商用光伏调整软件来说这并非总是可行的。

这些评估可用于管理例如本地电网22或在发电单元12上进行运作控制。

管理本地电网22

图8示出了用于预测光伏发电和管理电气设备的方法的一个实施例，其例如由评估和管理单元16实施来管理本地电网22。

根据与图7的步骤E1类似的步骤F1，为安装有供能设施11的场地1采集预测性气象参数(例如辐照度值、场地1上的温度和场地1上的风速)。预测性气象参数的数值例如由气象评估系统28提供。随之而来的是步骤E2和E3(E3是可选的)，如在上文中结合图5描述的那样。最后，在步骤F4期间，将评估和管理单元16配置为根据供能设施11的光伏发电的预测来控制本地电网22。

对本地电网22的该控制可涉及下列行动中的一个或多个，该列表并非穷举，例如：

-调节一个或多个电气设备10的消耗，

-将电能储存在储存单元18中和/或将来自储存单元18的电能注入，

-启动或停止一个或多个热电发电机20，

-从公共电网24取得电力或将电力注入公共电网24。

用于监控和诊断发电的方法

计算能力的灵敏、快速和低消耗还允许对于安装在场地1上的供能设施11的光伏发电进行监控和诊断的方法中使用所述评估方法，如根据图9中的实施例所示意性地示出那样。该方法的快速和节省计算允许使用有限的计算资源，频繁地监控大量的场地。根据与图7中的步骤E1类似的步骤G1，对于安装有供能设施11的场地1，采集历史气象参数(例如辐照度值、场地1上的温度和场地1上的风速)。历史气象参数的数值例如由基于卫星图像工作的气象评估系统28提供。根据一个未示出的变型，这些历史数值可由场地1上的传感器提供并记录在例如评估和管理单元16的存储器中。随之而来的是步骤E2和E3(E3是可选的)，如在上文中结合图7描述的那样。这些步骤E2和E3因此允许提供一个参照值，该参照值为根据辐照度和温度(如必要)，供能设施11应该发电的数值。然后，在步骤G4期间，将评估和管理单元16配置为将基于历史气象数据评估的光伏发电与在过去的时间间隔内测得的实际光伏发电进行比较。

最后，根据步骤G5，将评估和管理单元16配置为：如果评估的光伏发电与在过去的时间间隔内测得的光伏发电之间的差值超过预定阈值，则生成警告。

实际上，如果测得的数值显著低于理论值(例如10％)，则可推断出供能设施11发生需要维护操作的故障，例如在光伏模块14上存在尘埃或污物，或模块14的链失效。

可以高精度和/或大量数据来采集历史气象参数。因此，使用相同的计算功率，可以更精细地在一段时间内评估理论电功率或在更长的时间区间内评估。

明显地，因此，本发明的其中一个决定性因素在于数据库30的使用并在于选择如何组织该数据库30以能够用预先记录的数值来评估发电，这些数值允许基于很少的变量，例如一年中的时刻(允许考虑到天文和地理方面的日期+时间)和辐照度(允许考虑到气象和天文方面)，或基于如上所述的系数来确定场地1上的设施11的具体光伏电功率。

而且，对于用于预测光伏发电方法中的迭代频率，一些短时气象波动，例如会导致发电单元12的光伏模块14上的辐照度降低的云的经过，也可被捕捉到并用于预测由供能设施11产生的光伏电功率。

类似地，由于计算时间很短，能够在所涉及的时间间隔内足够频繁和相互接近地读取气象参数，因而短时气象波动对于评估理论的功率的扰动较小。

因此，评估计算可在物理机器或云计算中的虚拟机器上进行。

上述实施例是作为非限制性示例提供的。

Claims

1.一种对安装在场地(1)上的供能设施(11)的光伏发电进行评估的光伏发电评估方法，所述供能设施(11)包括至少一个具有至少一个光伏模块(14)的发电单元(12)；

其特征在于，所述光伏发电评估方法包括以下步骤：

-确定(E1、F1、G1)安装有所述供能设施(11)的场地(1)的过去或预测性辐照度值，该确定是在一秒至两年的时间间隔内进行的，和

-根据所确定的辐照度值和预先记录在数据库(30)中的数值，来评估(E2)产生的光伏电功率，所述数据库(30)包括对于一年中每一天和每一天中不同时刻能够根据辐照度而确定产生的光伏电功率的预先记录的数值。

2.如权利要求1所述的光伏发电评估方法，其特征在于，预先记录在所述数据库(30)中的所述数值对应于根据辐照度值而产生的光伏电功率值。

3.如上述权利要求中任一项所述的光伏发电评估方法，其特征在于，所述数据库(30)包括对于包含在所述数据库(30)中的每个时刻，根据不同辐照度水平而产生的电功率值，所述辐照度水平的范围为0至1300W/m²，尤其以10W/m²为增量。

4.如权利要求3所述的光伏发电评估方法，其特征在于，对于所述数据库(30)中没有给出、而是位于所述数据库(30)给出的两个水平之间的辐照度水平，通过对所述数据库(30)给出的两个辐照度水平所指示的光伏电功率值进行线性插值，来确定所述光伏电功率值。

5.如权利要求1所述的光伏发电评估方法，其特征在于，预先记录在所述数据库(30)中的所述数值对应于数学函数的系数，所述数学函数描述了根据辐照度而产生的电功率值。

6.如权利要求5所述的光伏发电评估方法，其特征在于，所述数学函数是多项式，尤其是四次多项式。

7.如权利要求6所述的光伏发电评估方法，其特征在于，通过根据不同辐照度值对产生的电功率值做最小二乘回归，来确定所述数学函数的系数，所述辐照度值的范围为0至1300W/m²。

8.如上述权利要求中任一项所述的光伏发电评估方法，其特征在于，所述方法包括对根据辐照度而产生的光伏电功率进行修正的步骤，该修正步骤通过应用修正系数而将所述安装场地(1)上的预测性、过去的或测得的温度和/或风速值考虑进去。

9.如权利要求8所述的光伏发电评估方法，其特征在于，所述修正系数是线性修正系数。

10.如上述权利要求中任一项所述的光伏发电评估方法，其特征在于，在所述数据库(30)中给出了至少在每天日出和日落之间所述预先记录的数值，这些日间时刻之间的时间间隔介于5分钟至2小时之间、特别地为1小时。

11.如权利要求10所述的光伏发电评估方法，其特征在于，对于所述数据库(30)中没有给出、而是位于所述数据库(30)给出的两个时刻之间的某日间刻，通过对在所述数据库(30)给出的两个时刻所指示的预先记录数值进行线性插值，来确定所述预先记录的数值。

12.如上述权利要求中任一项所述的光伏发电评估方法，其特征在于，进行发电评估的采样间隔小于或等于五分钟、特别是一秒钟。

13.一种为供能设施(11)预测光伏发电和管理电气设备的方法，安装有所述功能设施的场地(1)上配备有至少一个电气设备(10)，所述供能设施(11)包括至少一个具有至少一个光伏模块(14)的发电单元(12)，

其包括以下步骤：

-执行如权利要求1至12中任一项所述的光伏发电评估方法，其中，在所述确定辐照度值的步骤中，为安装有所述供能设施(11)的场地(1)确定(F1)预测性辐照度值，在一秒至两天之间的预测性时间间隔内进行所述确定，和

-根据对所述供能设施(11)的光伏发电的评估，调节至少一个电气设备(10)的运行模式。

14.一种对安装在场地(1)上的供能设施(11)的光伏发电进行监控和诊断的方法，所述供能设施(11)包括至少一个具有至少一个光伏模块(14)的发电单元(12)，所述方法包括以下步骤：

-执行如权利要求1至12中任一项所述的光伏发电评估方法，其中，在所述确定辐照度值的步骤中，对于过去的时间间隔，确定(G1)安装有所述供能设施(11)的场地(1)的历史辐照度值，和

-将评估的光伏发电与在过去的时间间隔内测得的光伏发电进行比较(G4)。

15.根据权利要求14所述的监控和诊断光伏发电的方法，其特征在于，该方法还包括生成警告的步骤(G5)，如果评估的光伏发电与在所述过去的时间间隔内测得的光伏发电之间的差值超过预定阈值，则生成警告。

16.一种评估和管理单元(16)，其包括配置为实施如权利要求1至15中任一项所述的方法的装置。

17.一种计算机程序产品，其能够被加载到评估和管理单元(16)的内部存储器中，所述评估和管理单元(16)包括用于当所述计算机程序被计算机执行时执行如权利要求1至15中任一项所述的方法的步骤的部分软件代码。