TW201637351A - 太陽能發電監測系統及其方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種太陽能發電監測系統及其方法，係利用複數個感測裝置蒐集複數個太陽能發電裝置之電性參數及環境參數，而該電性參數及環境參數透過複數個無線通訊裝置及閘道器傳送至一伺服器中。藉由本發明之太陽能發電監測系統及其方法，可解決建置有線網路之困難及成本高的問題，而具備如維護容易、成本低之優點。

Description

太陽能發電監測系統及其方法
本發明係有關一種監測技術，尤指一種基於無線感測網路之太陽能發電監測系統及其方法。
降低全球暖化所造成的環境影響，一直以來是世界各國政府所努力的目標，其一方法即是尋求可再生能源方案。在眾多可再生能源方案中，又以太陽能發電為目前最熱門的選項。
台灣屬於狹長形海島國家，且位於熱帶及亞熱帶區域，日照量非常充足，適合發展太陽能發電。為了瞭解日照量與發電量之間的關係，多經由量測太陽能電池之電壓與電流以進一步來計算出所產生之電力，而所量測到的電壓與電流參數目前仍透過有線網路來進行傳遞至後方監控平台。此外，為達最大發電效率，複數個太陽能發電裝置將會分散設置於數個日照充足的區域，若建置有線網路來進行傳遞，不僅因範圍過大而有建置困難及成本高之問題，且若為了增加監測點，有線網路之路由設計將更為複雜且難以維修，時間與金錢上的維護成本將大幅提高。
據此，如何提供一種可改善上述問題之太陽能發電監測系統及其方法，為目前亟待解決的課題之一。
為解決上述問題，本發明之一目的在於提供一種太陽能發電監測系統，包括：複數個感測裝置，係分別設置於複數個太陽能發電裝置中，用以蒐集該複數個太陽能發電裝置之電性參數及位於該複數個太陽能發電裝置周圍的環境參數；複數個無線通訊裝置，係分別連接該複數個感測裝置，以接收該電性參數及環境參數；閘道器，係設置於該複數個無線通訊裝置所對應之無線傳輸範圍內，以接收該電性參數及環境參數；以及伺服器，係與該閘道器連接，用以接收該電性參數及環境參數，俾將該電性參數及環境參數儲存於該伺服器中。
本發明之另一目的在於提供一種太陽能發電監測方法，係包括下列步驟：提供閘道器之廣播封包至複數個無線通訊裝置中，以確定該閘道器是否設置於該複數個無線通訊裝置所對應之無線傳輸範圍內，以及確定該閘道器所能連接之無線通訊裝置的個數；提供接收到該廣播封包的複數個無線通訊裝置之確認封包至該閘道器，以建立該閘道器與該複數個無線通訊裝置之間的連線；該閘道器傳送資料要求封包至該複數個無線通訊裝置中已建立連線者，以令該複數個無線通訊裝置將複數個太陽能發電裝置之電性參數及位於該複數個太陽能發電裝置周圍的環境參數傳送至該閘道器；以及該閘道器傳送該電性參數及環境參數 至伺服器以儲存該電性參數及環境參數於該伺服器中。
本發明之太陽能發電監測系統及其方法係利用複數個無線通訊裝置及閘道器所組成之無線感測網路，能夠解決以有線網路建置監測系統所導致建置困難及成本高的問題，以提供穩定的系統及監測技術。此外，太陽能發電之效率除了受到日照量之影響外，其他氣候因子亦會對太陽能發電量有所影響。本發明之太陽能發電監測系統及其方法可即時蒐集電性參數及環境參數，並將其連續地傳送至後方伺服器之資料庫中，以提供使用者經由網路即時瀏覽工作狀態及發電品質。
1‧‧‧太陽能發電監測系統
10‧‧‧太陽能發電裝置
11‧‧‧感測裝置
20‧‧‧無線通訊裝置
30‧‧‧閘道器
40‧‧‧伺服器
41‧‧‧資料庫
50、60‧‧‧連線
S01~S08‧‧‧步驟
第1圖係為本發明之太陽能發電監測系統之示意圖；以及第2圖係為本發明之太陽能發電監測方法之流程圖。
以下藉由特定之具體實施例加以說明本發明之實施方式，而熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點和功效，亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用。因此，以下本發明涵蓋本文揭示的任何特定實施例之任何部件或方法，可與本文揭示的任何其他實施例之任何部件或方法相結合。
請參閱第1圖，本發明之太陽能發電監測系統1係用以得到太陽能發電數據，以監測發電品質，該太陽能發電監測系統1係包括：複數個感測裝置11、複數個無線通訊 裝置20、閘道器30以及伺服器40。
該複數個感測裝置11係分別設置於複數個太陽能發電裝置10中，用以蒐集該複數個太陽能發電裝置10之電性參數，以及蒐集位於該複數個太陽能發電裝置10周圍的環境參數。於一實施例中，設置於一太陽能發電裝置10中的感測裝置11可為一個或複數個，並藉由一微控制器來控制該感測裝置11之作動，其中，該微控制器係例如為開放原始碼的Arduino Uno之單晶片微控制器，但本發明並不以此為限。
於一實施例中，該複數個感測裝置11為電壓感測器、電流感測器、溫度感測器、濕度感測器、雨量計或風向風速計，因此，可感測如溫度、濕度、雨量、風向、風速、氣壓或日照度之環境參數，以及該太陽能發電裝置10進行發電時所產生的電流及電壓之電性參數，且係以秒為單位進行感測，但本發明並不以此為限。
於一實施例中，設置有該複數個感測裝置11之該太陽能發電裝置10(即本發明太陽能發電監測系統所欲監測的太陽能發電裝置)，具體為多晶矽太陽能板(polycrystalline silicon solar cells)。於另一實施例中，該太陽能發電裝置10亦可為單晶矽、非晶、銅銦鎵硒或Ⅲ-V族化合物半導體太陽能板，本發明並不以此為限。另該太陽能發電裝置10可一併提供太陽能發電監測系統1中複數個感測裝置11作動時所需的電力。
該複數個無線通訊裝置20係分別連接該複數個感測 裝置11，以接收該感測裝置11所蒐集到的電性參數及環境參數。於一實施例中，該感測裝置11係透過一通用非同步收發傳輸器(universal asynchronous receiver/transmitter，UART)來連接該無線通訊裝置20，亦可透過其他方式來進行連接，本發明並不以此為限。
該閘道器30係設置於該複數個無線通訊裝置20所對應之無線傳輸範圍內，用以接收該電性參數及環境參數。於一實施例中，該閘道器30可透過ZigBee通訊協定連接該複數個無線通訊裝置20，即在IEEE 802.15.4無線傳輸標準下，令閘道器30可與在其無線範圍內的無線通訊裝置20建立起ZigBee通訊協定之連線50，亦可透過WIFI(如IEEE 802.11無線網路通信標準)來建立起閘道器30與無線通訊裝置20之間的連線50，本發明並不以此為限。於一實施例中，該無線通訊裝置20係採OctopusII平台，以TI MSP430作為中央處理器，並搭載有CC2420無線傳輸晶片，且有USB介面以進行程式化及連接，但本發明並不以此為限。
該伺服器40係與該閘道器30連接，以接收該電性參數及環境參數。而該伺服器40包括一資料庫41，該電性參數及環境參數可儲存在該伺服器40之資料庫41中。於一實施例中，該閘道器30係應用Beagleboard-Xm之單機板所建構而成，且具有行動通訊路由模組，以連接該伺服器40。該行動通訊路由模組可為GSM標準之工業級行動通訊路由模組，以透過3G或4G之無線連線的方式與該伺 服器40建立起GSM之連線60，進而能從該閘道器30傳送電性參數及環境參數至伺服器40中。另該閘道器40亦具有USB介面可連接採OctopusII平台之無線通訊裝置20，以蒐集電性參數及環境參數。
本發明之太陽能發電監測系統係可即時蒐集長時間的電性參數及環境參數。然為了直接蒐集此些參數，穩定的系統亦非常重要，簡單化的軟體設計可避免該無線通訊裝置及該感測裝置過度之計算所導致的錯誤。因此，利用集中化及星形網路結構建立起無線感測網路是必要的。請參閱第2圖，本發明之太陽能發電監測方法即在說明如何建立起該無線感測網路，並利用該無線感測網路進行電性參數及環境參數之傳送等步驟。
於步驟S01中，係廣播閘道器之網路佈署封包至複數個無線通訊裝置中，亦即閘道器廣播網路佈署封包，以確定該閘道器是否設置於該複數個無線通訊裝置所對應之無線傳輸範圍內，如在無線傳輸範圍內，無線通訊裝置將會接收到該網路佈署封包，亦代表無線通訊裝置與閘道器可建立連線，而閘道器即能確定有接收到該網路佈署封包之無線通訊裝置的個數。接著進至步驟S02。
於步驟S02中，係提供複數個無線通訊裝置之確認封包至閘道器以建立連線。詳言之，有接收到該網路佈署封包的複數個無線通訊裝置，將會傳送確認封包至閘道器，如此一來該複數個無線通訊裝置將會與該閘道器建立連線。接著進至步驟S03。
於步驟S03中，閘道器將傳送資料要求封包至該複數個無線通訊裝置中已建立連線者，以令該複數個無線通訊裝置將複數個太陽能發電裝置進行發電時所產生的電性參數，以及位在該複數個太陽能發電裝置周圍的環境參數，傳送至該閘道器。
於一實施例中，該複數個無線通訊裝置係依據一時間排程傳送該電性參數及環境參數。
接著進至步驟S04。步驟S04係為一檢驗步驟，主要係確認該複數個無線通訊裝置中已建立連線者，是否已傳送該電性參數及環境參數至該閘道器。
若該複數個無線通訊裝置中已建立連線者尚未傳送該電性參數及環境參數至該閘道器時，則進至步驟S07，該閘道器將重新傳送資料要求封包至該複數個無線通訊裝置中尚未傳送者，以再次要求該複數個無線通訊裝置中尚未傳送者重新傳送該電性參數及環境參數至該閘道器。接著進至步驟S08，再次確認該複數個無線通訊裝置是否已傳送該電性參數及環境參數。
在步驟S04或S08中，若該複數個無線通訊裝置中已建立連線者經確認後係已傳送該電性參數及環境參數，則會進至步驟S05，閘道器將會傳送該電性參數及環境參數至伺服器中，以儲存該電性參數及環境參數在伺服器之資料庫中。在完成此一流程後，進至步驟S06，該閘道器將進入休眠狀態，以節省電力消耗並等待該時間排程將該閘道器再次喚醒。該閘道器被喚醒時將回到步驟S03，以再 次要求無線通訊裝置傳送電性參數及環境參數。
於一實施例之步驟S08中，經再次確認後，該複數個無線通訊裝置仍未傳送該電性參數及環境參數時，將進至步驟S06，直接使閘道器進行休眠，亦即放棄此一要求傳送電性參數及環境參數之排程。
於一實施例中，使用者可透過PHP資料庫語言及MySQL資料庫所建立而成的後端監控平台來加以分析傳送到該伺服器之資料庫中的電性參數及環境參數。
藉由本發明之太陽能發電監測系統及其方法，能夠利用複數個無線通訊裝置及閘道器所組成之無線感測網路，來解決以有線網路建置監測系統所導致建置困難及成本高的問題，並提供穩定之系統及監測技術，而具備維護容易、成本低之功效。此外，本發明之太陽能發電監測系統及其方法能夠使用時間排程將各時間點所蒐集到的電性參數及環境參數，傳送至後方伺服器中，進一步提供使用者經由網路即時瀏覽工作狀態及發電品質。
上述實施形態僅為例示性說明本發明之技術原理、特點及其功效，並非用以限制本發明之可實施範疇，任何熟習此技術之人士均可在不違背本發明之精神與範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。然任何運用本發明所教示內容而完成之等效修飾及改變，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。而本發明之權利保護範圍，應如下述之申請專利範圍所列。
1‧‧‧太陽能發電監測系統
10‧‧‧太陽能發電裝置
11‧‧‧感測裝置
20‧‧‧無線通訊裝置
30‧‧‧閘道器
40‧‧‧伺服器
41‧‧‧資料庫
50、60‧‧‧連線

Claims (16)

  1. 一種太陽能發電監測系統，包括：複數個感測裝置，係分別設置於複數個太陽能發電裝置中，用以蒐集該複數個太陽能發電裝置之電性參數及位於該複數個太陽能發電裝置周圍的環境參數；複數個無線通訊裝置，係分別連接該複數個感測裝置，以接收該電性參數及環境參數；閘道器，係設置於該複數個無線通訊裝置所對應之無線傳輸範圍內，以接收該電性參數及環境參數；以及伺服器，係與該閘道器連接，用以接收該電性參數及環境參數，俾將該電性參數及環境參數儲存於該伺服器中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能發電監測系統，其中，該複數個感測裝置為電壓感測器、電流感測器、溫度感測器、濕度感測器、雨量計或風向風速計。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能發電監測系統，其中，該環境參數為溫度、濕度、雨量、風向、風速、氣壓或日照度，該電性參數為該複數個太陽能發電裝置進行發電時所產生的電流及電壓。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能發電監測系統，其中，該複數個感測裝置係透過一通用非同步收發傳輸器(UART)連接該複數個無線通訊裝置。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能發電監測系統，其中，該閘道器係透過ZigBee通訊協定或IEEE 802.11無線網路通信標準連接該複數個無線通訊裝置。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能發電監測系統，其中，該閘道器係透過GSM標準之工業級行動通訊路由模組連接該伺服器。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能發電監測系統，其中，該複數個太陽能發電裝置為多晶矽、單晶矽、非晶、銅銦鎵硒或Ⅲ-V族化合物半導體太陽能板。
  8. 一種太陽能發電監測方法，係包括下列步驟：廣播閘道器之網路佈署封包至複數個無線通訊裝置中，以確定該閘道器是否設置於該複數個無線通訊裝置所對應之無線傳輸範圍內，以及確定該閘道器所能連接之無線通訊裝置的個數；提供接收到該網路佈署封包的複數個無線通訊裝置之確認封包至該閘道器，以建立該閘道器與該複數個無線通訊裝置之間的連線；該閘道器傳送資料要求封包至該複數個無線通訊裝置中已建立連線者，以令該複數個無線通訊裝置將複數個太陽能發電裝置之電性參數及位於該複數個太陽能發電裝置周圍的環境參數傳送至該閘道器；以及該閘道器傳送該電性參數及環境參數至伺服器以儲存該電性參數及環境參數於該伺服器中。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之太陽能發電監測方法， 在該電性參數及環境參數傳送至該閘道器後復包括檢驗步驟，該檢驗步驟係確認該複數個無線通訊裝置中已建立連線者是否已傳送該電性參數及環境參數，若否，則該閘道器重新傳送該資料要求封包至該複數個無線通訊裝置中尚未傳送者，以重新傳送該電性參數及環境參數至該閘道器，若是，則該閘道器傳送該電性參數及環境參數至該伺服器以儲存該電性參數及環境參數於該伺服器中。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之太陽能發電監測方法，其中，該複數個無線通訊裝置係依據時間排程傳送該電性參數及環境參數。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之太陽能發電監測方法，其中，該電性參數及環境參數係由複數個感測裝置所蒐集，且該複數個感測裝置係透過一通用非同步收發傳輸器(UART)連接該複數個無線通訊裝置。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之太陽能發電監測方法，其中，該複數個感測裝置為電壓感測器、電流感測器、溫度感測器、濕度感測器、雨量計或風向風速計。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之太陽能發電監測方法，其中，該閘道器係透過ZigBee通訊協定或IEEE 802.11無線網路通信標準連接該複數個無線通訊裝置。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之太陽能發電監測方法，其中，該閘道器係透過GSM標準之工業級行動通訊路由模組連接該伺服器。
  15. 如申請專利範圍第8項所述之太陽能發電監測方法，其中，該複數個太陽能發電裝置為多晶矽、單晶矽、非晶、銅銦鎵硒或Ⅲ-V族化合物半導體太陽能板。
  16. 如申請專利範圍第8項所述之太陽能發電監測方法，其中，該環境參數為溫度、濕度、雨量、風向、風速、氣壓或日照度，該電性參數為該複數個太陽能發電裝置進行發電時所產生的電流及電壓。
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