TW201837831A - 參考日照量的太陽能發電預測系統 - Google Patents

參考日照量的太陽能發電預測系統 Download PDF

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Abstract

本創作提供一種參考日照量的太陽能發電預測系統，包含一第一日照檢測裝置、複數第二日照檢測裝置與一主機。該第一日照檢測裝置設置於一太陽能電廠中；該複數第二日照檢測裝置設置於該太陽能電廠周圍，各該第二日照檢測裝置輸出該實際日照量；該主機包含一資料庫、一異常日照量判斷單元與一發電計算單元。該資料庫儲存該實際日照量；該異常日照量判斷單元連接該資料庫，比較該實際日照量與一歷史日照量，判斷該實際日照量是否為一異常日照量；該發電計算單元連接該資料庫，根據該異常日照量與該歷史日照量推算該太陽能電廠的發電下降量。

Description

參考日照量的太陽能發電預測系統
本創作係為一種參考日照量的太陽能發電預測系統，特別是有關於一種根據日照量來預測太陽能電廠的發電狀況的太陽能發電預測系統。
隨著科技進步，能源消耗劇增，化石能源日趨枯竭，因此尋找替代能源為刻不容緩的事。太陽能具備取之不盡和清潔無汙染的特性，太陽能發電具有結構簡單、體積小、重量輕，容易安裝、運輸方便、建設容易、維護方便、清潔以及安全等優點，因此太陽能成為再生能源開發利用的主要選項之一。
太陽能發電具有發電不穩的缺點，舉例來說，太陽能發電系統的輸出功率會受到太陽輻射、天氣因素以及太陽能板本身材料的因素影響，其發電量和輸出電功率隨機性強，波動大，不可控制。在天氣突變、雲層團迅速變化及移動時，日照量會下降，日照量下降時，太陽能發電系統發電受影響的狀況明顯，太陽能電力在併入電網後會對電網原有的電能品質和安全帶來影響。
因此，若能對太陽能電廠的輸出功率進行預測，有助於電力系統調度的統籌安排，有利於常規能源和太陽能發電能源的相互協調，電力公司可即時調整與調度，合理安排電網運行方式，可以有效降低太陽能併入電網時對原有電網的影響，提高電網運行的安全性和穩定性，也可以減少電力系統的備用和運行成本，以充分利用太陽能資源，獲得更大的效益。
根據上述，必需提出一種可以根據日照量變化進行太陽能發電預測系統，以及對太陽能電廠的影響程度進行有效的評估。
本創作的目的在提供一種參考日照量的太陽能發電預測系統，透過在太陽能電廠周圍設置複數日照檢測裝置，以監控在該太陽能電廠周圍的日照狀況，若量測到異常日照量，預測該日照檢測裝置所量測到的該異常日照量是否會影響到該太陽能電廠。
根據上述的目的，本創作提供一種參考日照量的太陽能發電預測系統，包含： 一第一日照檢測裝置，設置於一太陽能電廠中，輸出一實際日照量； 複數第二日照檢測裝置，設置於該太陽能電廠的周圍，各該第二日照檢測裝置輸出一實際日照量； 一主機，連接該第一日照檢測裝置與該複數第二日照檢測裝置，且包含： 一資料庫，連接該第一日照檢測裝置與該複數第二日照檢測裝置，以儲存所述實際日照量； 一異常日照量判斷單元，連接該資料庫，比較各該第二日照檢測裝置的該實際日照量與一歷史日照量，判斷該實際日照量是否為一異常日照量； 一發電計算單元，連接該資料庫，根據該異常日照量與該歷史日照量，推算該太陽能電廠的發電下降量。
本創作的優點在於：在太陽能電廠周圍設置日照檢測裝置，隨時監控在該太陽能電廠周圍的日照狀況，當發現該日照檢測裝置量測到異常日照量時，預測該異常日照量是否會影響該太陽能電廠的發電量，電力公司則可以及早調整電力分配，避免對電網原有的電能品質和安全帶來影響。
請參閱圖1A，本創作之參考日照量的太陽能發電預測系統包含複數日照檢測裝置11、12與一主機13。
所述日照檢測裝置係用於受到陽光照射，並根據日照情況檢測出一日照量，各日照檢測裝置可為電熱偶式日照計或為太陽能式日照計，但不以此為限，舉例來說，請參考圖1B，各太陽能式日照計包含有一太陽能電池101、一電流計102、一電壓計103、一處理器104、一無線傳輸模組105與一衛星定位模組106。該太陽能電池101受到陽光的照射時，係依光電效應將陽光之能量轉換成電能；該電流計102與該電壓計103電性連接該太陽能電池101，以分別檢測該太陽能電池101所產生的電流大小與電壓大小，及分別對應產生一電流檢測信號與一電壓檢測信號；該微處理器104電性連接該電流計102與該電壓計103，以接收該電流檢測信號與該電壓檢測信號，並分別儲存為一電流檢測值與一電壓檢測值，此外，該微處理器104還可根據該電流檢測值與該電壓檢測值產生該太陽能電池101的一電流-電壓特徵曲線圖(I-V curve)與功率值等資訊，其中，所述功率值是該電流檢測值與該電壓檢測值的乘積，可用來反映日照量；該無線傳輸模組105可為紫蜂模組(或稱Zigbee模組，操作在IEEE 802.15.4通訊協定)，但不以此為限，該無線傳輸模組105電性連接該微處理器104，藉此，該微處理器104可將所述電壓檢測值、電流檢測值、電流-電壓特徵曲線圖與功率值等資訊通過該無線傳輸模組105對外傳送；該衛星定位模組106電性連接該微處理器104，係產生一座標資料以供該微處理器104運用，且該微處理器104可通過該無線傳輸模組105對外傳送該座標資料。
本創作實施例中，該複數日照檢測裝置11、12包含一第一日照檢測裝置11與複數第二日照檢測裝置12。該第一日照檢測裝置11設置於一太陽能電廠20內，該複數第二日照檢測裝置12設置於該太陽能電廠20的外周圍。該主機13可以是一電腦主機或一伺服器，其包含一資料庫131、一異常日照量判斷單元132、一移動速度計算單元133與一發電計算單元134。
該複數第二日照檢測裝置12設置在該太陽能電廠20及該第一日照檢測裝置11的外周圍，舉例來說，請參考圖2之該第一日照檢測裝置11與該等第二日照檢測裝置12之分布俯視示意圖，該等第二日照檢測裝置12係分別設置在不同半徑之複數同心圓的圓弧軌跡CC1、CC2、CC3、CC4上，任一同心圓的圓弧軌跡CC1、CC2、CC3、CC4可分布設有多個第二日照檢測裝置12，該太陽能電廠20與該第一日照檢測裝置11設置在具有小半徑之圓的圓弧軌跡CC4上，但不以此為限。其中，該第一日照檢測裝置11與各該第二日照檢測裝置12之間的距離可為一公里以上或兩公里以上，任兩個第二日照檢測裝置12之間的距離可為一公里以上或兩公里以上。該第一日照檢測裝置11與該複數第二日照檢測裝置12分別用於量測其所在位置的一實際日照量，本創作的該太陽能發電預測系統根據該第一日照檢測裝置11與該複數第二日照檢測裝置12所量測的實際日照量，判斷該太陽能電廠20是否將會發生發電異常的情況。
該主機13連接該第一日照檢測裝置11與該複數第二日照檢測裝置12，舉例來說，該主機13可以無線方式連線該第一日照檢測裝置11與該複數第二日照檢測裝置12的無線傳輸模組105(如圖1B所示)，以接收並儲存該第一日照檢測裝置11與該複數第二日照檢測裝置12所傳來的電壓檢測值、電流檢測值、電流-電壓特徵曲線圖、座標資料與用以反映日照量的功率值。該主機13的該異常日照量判斷單元132、該移動速度計算單元133與該發電計算單元134分別連接該資料庫131。該異常日照量判斷單元132、該移動速度計算單元133與該發電計算單元134可以是安裝於該主機13內的軟體或韌體。
該資料庫131分別儲存該第一日照檢測裝置11與各該第二日照檢測裝置12所量測的日照量資料，所述日照量資料包含有實際日照量與歷史日照量，需說明的是，所述實際日照量是當下測到的一筆最新實際日照量或當天測到的複數筆或任一筆實際日照量，隨著時間推移，前一天及更早之前所儲存的舊有複數實際日照量即成為所述歷史日照量。因此，本創作的太陽能發電預測系統可利用第二日照檢測裝置12獲得該太陽能電廠20周圍的日照狀況，判斷該日照狀況是否異常，可以預估該太陽能電廠20的發電是否會受到影響。
該異常日照量判斷單元132連接該資料庫131以存取該資料庫131，該異常日照量判斷單元132比較各該第二日照檢測裝置12的實際日照量與一歷史日照量，以判斷是否存在一異常日照量。該實際日照量為該第一日照檢測裝置11或各該第二日照檢測裝置12當天所量測的日照量，該歷史日照量為該資料庫131所儲存之該第一日照檢測裝置11或各該第二日照檢測裝置12在一歷史時間所量測的日照量。該異常日照量判斷單元132比較該實際日照量與該歷史日照量，判斷該第二日照檢測裝置12所量測的該實際日照量是否為異常日照量。
在本創作中，請參考圖1B，該無線傳輸模組105會在每次經過一固定時間區間而自動將該第一日照檢測裝置11與各該第二日照檢測裝置12所量測的該日照量無線傳輸至該資料庫131儲存，該衛星定位模組106透過該無線傳輸模組105分別將該第一日照檢測裝置11與該複數第二日照檢測裝置12的複數座標資料傳送至該資料庫131。根據儲存於該資料庫131中該第一日照檢測裝置11與該複數第二日照檢測裝置12的該複數座標資料、該實際發電量與該歷史發電量，太陽能發電預測系統可以知道何處之某一該複數第二日照檢測裝置12發生日照異常。
該異常日照量判斷單元132將儲存於該資料庫131之各該第二日照檢測裝置12在歷史時間的該歷史日照量與各該第二日照檢測裝置12今日的該實際日照量相比較，尋找該異常日照量。該歷史時間可為量測該實際日照量當日的前後幾天，或者該歷史時間可以是量測該實際日照量之日的去年同一日。當該第一日照檢測裝置11與各該第二日照檢測裝置12的所在位置不變或變動不大時，太陽照射角度在量測當日與去年同一日或前後幾天的變動幅度應該大致相同，因此該第一日照檢測裝置11或各該第二日照檢測裝置12的該歷史日照量與該實際日照量應該差不多，或者當日的該實際日照量相較於該歷史日照量應該會等比例上升或等比例下降。
若該實際日照量在某一時間區間發生突然急遽下降，即表示該第二日照檢測裝置12在該時間區間可能被雲層所遮蔽，該實際日照量即視為該異常日照量。舉例來說，當該實際日照量與該歷史日照量之間的差值超過一預設的誤差容許值，則判斷該實際日照量為該異常日照量。
請參閱圖3A與圖3B，其呈現第一日照檢測裝置C與複數第二日照檢測裝置A、B、D、E、F、G、H的分布，舉例來說，假設今日是西元2016年7月7日，該異常日照量判斷單元132將西元2016年七月七日下午2點~3點的該實際日照量與去年或前年在日期同一天及同一時段，即去年或前年的七月七日下午2點~3點的該歷史日照量相比較，舉例來說，若在任一第二日照檢測裝置中，該歷史日照量與該實際日照量之間的差值在一誤差容許值內，表示該第二日照檢測裝置並無量測到該異常日照量。若任一第二日照檢測裝置的該歷史日照量與該實際日照量之間的差值超出該誤差容許值，表示該第二日照檢測裝置可能受到雲層遮蔽，導致該第二日照檢測裝置所量測到的該實際日照量為該異常日照量。
先以圖3B所示的範例說明，當該第二日照檢測裝置A在一第一時間發生該異常日照量，該異常日照量判斷單元132進一步以該第二日照檢測裝置A與該第一日照檢測裝置C所連成的一假想直線LM上，尋找該假想直線LM對外擴展形成的一區域範圍內是否有另一第二日照檢測裝置在一第二時間發生異常日照量，其中，該第二時間早於該第一時間，該區域範圍是在兩邊界線LL、LR之內的範圍，該兩邊界線LL、LR與該假想直線LM平行，該假想直線LM位在該兩邊界線LL、LR中間，該兩邊界線LL、LR相隔一距離S，如圖3B所示的範例，該異常日照量判斷單元132是判斷出該區域範圍內有第二日照檢測裝置H在該第二時間發生異常日照量，且該第二日照檢測裝置A與該第二日照檢測裝置H發生該異常日照量的情況相同。若發現該第二日照檢測裝置H發生日照量下降的相同情況，則預測應有一雲層從該第二日照檢測裝置H的位置往該第二日照檢測裝置A的位置移動，且會繼續往該太陽能電廠20的該第一日照檢測裝置C的方向移動。
再以圖3A所示的範例說明，前述的區域範圍可以是從假想直線LM對外擴展的一扇形區域範圍，該扇形區域範圍是在兩邊界線LL、LR之內的範圍，該扇形區域範圍以該第一日照檢測裝置C的所在位置為該扇形區域範圍的頂點，該扇形區域範圍具有一圓心角(即：該兩邊界線LL、LR的夾角)，該假想直線LM與各該邊界線LL、LR的夾角分別是該圓心角的一半，該異常日照量判斷單元132可判斷在此扇形區域範圍內有第二日照檢測裝置H，故可預測出應有一雲層從該第二日照檢測裝置H的位置往該第二日照檢測裝置A的位置移動。
該移動速度計算單元133根據各該第二日照檢測裝置12量測到該異常日照量的時間以及發生該異常日照量之各該第二日照檢測裝置12的該座標資料以計算該雲層移動的速度。舉例來說，該移動速度計算單元133根據該第二日照檢測裝置A的第一座標資料、該第二日照檢測裝置H的第二座標資料、該第一時間、該第二時間與該第一日照檢測裝置C的第三座標資料，可計算該第二日照檢測裝置A與該第二日照檢測裝置H之間的一第一距離d，以及該第二日照檢測裝置H與該第一日照檢測裝置C之間的一第二距離。根據該第一距離d與該第二距離以及該第二日照檢測裝置A與該第二日照檢測裝置H發生該日照量下降的時間，該移動速度計算單元133計算該雲層移動到該太陽能電廠20的該第一日照檢測裝置C的一預測速度。
太陽能發電預測系統根據該移動速度計算單元133所計算出該雲層的預測速度，判斷該雲層到達該太陽能電廠20的該第一日照檢測裝置C的一第三時間，知道設置在該太陽能電廠20的該第一日照檢測裝置C在該第三時間有很高的機率會量測到該異常日照量，而該異常日照量會導致該太陽能電廠20的該第一日照檢測裝置C的發電量下降，電力公司可以提早因應該太陽能電廠20的該第一日照檢測裝置C發電量下降的情況，有效分配電力，避免電力不足的情況產生。
該發電計算單元134計算該異常日照量與該歷史日照量之間的比例，並參考該太陽能電廠20在該歷史日照量之時間的一正常發電量，以推算該太陽能電廠20在發生該異常日照量時可能的發電下降量。該太陽能電廠20的第一日照檢測裝置11記錄該太陽能電廠20每天的日照量，根據該歷史日照量與該異常日照量之間的比例以及該太陽能電廠20在該歷史日照量的該正常發電量，推算該太陽能電廠20在發生該異常日照量時可能的發電下降量。
請參閱圖4，舉例來說，由該太陽能電廠20的發電量(如實線所示)與該第一日照檢測裝置11的日照量(如虛線所示)的曲線示意圖可以明顯看出，該發電量與該日照量皆同時逐漸上升或該發電量與該日照量皆同時逐漸下降，兩者具有相同或類似的升、降趨勢。而且，當該日照量在一時間區間發生異常下降時，該發電量同樣也突然下降，根據該曲線圖可以推算該發電量與該日照量之間的比例關係，因此可以預測當該異常日照量發生時，該太陽能電廠的該發電量會下降至多少，進而告知電力公司，以避免電力不足導致用戶斷電的情況產生。
本創作之太陽能電廠的發電預測系統根據日照檢測裝置所量測的日照量來判斷是否有雲層會飄到該太陽能電廠的所在位置，並根據異常的日照量推算該太陽能電廠可能的發電下降量。
11‧‧‧第一日照檢測裝置
12‧‧‧第二日照檢測裝置
13‧‧‧主機
131‧‧‧資料庫
132‧‧‧異常日照量判斷單元
133‧‧‧移動速度計算單元
134‧‧‧發電計算單元
20‧‧‧太陽能電廠
101‧‧‧太陽能電池
102‧‧‧電流計
103‧‧‧電壓計
104‧‧‧微處理器
105‧‧‧無線傳輸模組
106‧‧‧衛星定位模組
A、B、D、E、F、G、H‧‧‧第二日照檢測裝置
C‧‧‧第一日照檢測裝置
CC1、CC2、CC3、CC4‧‧‧圓弧軌跡
LM‧‧‧假想直線
LL、LR‧‧‧邊界線
圖1A為本創作之太陽能電廠的發電預測系統的方塊示意圖。 圖1B為本創作之日照檢測裝置的電路方塊示意圖。 圖2為第一日照檢測裝置與第二日照檢測裝置之分布俯視示意圖。 圖3A為尋找異常日照量的示意圖(一)。 圖3B為尋找異常日照量的示意圖(二)。 圖4為發電量與日照量的曲線示意圖。

Claims (10)

  1. 一種參考日照量的太陽能發電預測系統，包含： 一第一日照檢測裝置，設置於一太陽能電廠中，輸出一實際日照量； 複數第二日照檢測裝置，設置於該太陽能電廠的周圍，各該第二日照檢測裝置輸出一實際日照量； 一主機，連接該第一日照檢測裝置與該複數第二日照檢測裝置，且包含： 一資料庫，連接該第一日照檢測裝置與該複數第二日照檢測裝置，以儲存所述實際日照量； 一異常日照量判斷單元，連接該資料庫，比較各該第二日照檢測裝置的該實際日照量與一歷史日照量，判斷該實際日照量是否為一異常日照量； 一發電計算單元，連接該資料庫，根據該異常日照量與該歷史日照量，推算該太陽能電廠的發電下降量。
  2. 如請求項1所述之參考日照量的太陽能發電預測系統，其中該第一日照檢測裝置與各該第二日照檢測裝置各包含： 一無線傳輸模組，將所量測的該實際日照量無線傳輸至該資料庫； 一衛星定位模組，將該第一日照檢測裝置與各該第二日照檢測裝置的座標資料透過該無線傳輸模組傳送至該資料庫。
  3. 如請求項2所述之參考日照量的太陽能發電預測系統，更包含一移動速度計算單元，該移動速度計算單元根據該第一日照檢測裝置與各該第二日照檢測裝置量測到該異常日照量的時間以及發生該異常日照量的各該日照檢測裝置的該座標資料，以計算一雲層移動的速度。
  4. 如請求項2所述之參考日照量的太陽能發電預測系統，其中該發電計算單元計算該異常日照量與該歷史日照量的一比例，以及該太陽能電廠在該歷史日照量的一正常發電量，推算該太陽能電廠的該發電下降量。
  5. 如請求項3所述之參考日照量的太陽能發電預測系統，其中該移動速度計算單元係根據該第一日照檢測裝置的該座標資料以及各該第二日照檢測裝置的該座標資料以獲得該第一日照檢測裝置與各該第二日照檢測裝置之間的相對距離以及該複數第二日照檢測裝置之間的相對距離。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之參考日照量的太陽能發電預測系統，該等第二日照檢測裝置分別設置在不同半徑之複數同心圓的圓弧軌跡，該第一日照檢測裝置設置在具有小半徑之圓的圓弧軌跡。
  7. 如請求項1至5中任一項所述之參考日照量的太陽能發電預測系統，其中該第一日照檢測裝置與各該第二日照檢測裝置分別是電熱偶式日照計。
  8. 如請求項2至5中任一項所述之參考日照量的太陽能發電預測系統，其中該第一日照檢測裝置與各該第二日照檢測裝置各包含： 一太陽能電池； 一電流計，電性連接該太陽能電池，以檢測該太陽能電池所產生的電流大小，及對應產生一電流檢測信號； 一電壓計，電性連接該太陽能電池，以檢測該太陽能電池所產生的電壓大小，及對應產生一電壓檢測信號； 一微處理器，電性連接該電流計、該電壓計、該無線傳輸模組與該衛星定位模組，以接收該電流檢測信號與該電壓檢測信號，並分別儲存為一電流檢測值與一電壓檢測值，該微處理器根據該電流檢測值與該電壓檢測值產生該太陽能電池的一電流-電壓特徵曲線圖與功率值。
  9. 如請求項1至5中任一項所述之參考日照量的太陽能發電預測系統，該異常日照量判斷單元以具有異常日照量的其中之一第二日照檢測裝置與該第一日照檢測裝置所連成的一假想直線上，尋找該假想直線對外擴展形成的一區域範圍內是否有另一第二日照檢測裝置發生異常日照量，其中，該區域範圍是在兩邊界線之內的範圍，該兩邊界線與該假想直線平行，該假想直線位在該兩邊界線中間，該兩邊界線相隔一距離。
  10. 如請求項1至5中任一項所述之參考日照量的太陽能發電預測系統，該異常日照量判斷單元以具有異常日照量的其中之一第二日照檢測裝置與該第一日照檢測裝置所連成的一假想直線上，尋找該假想直線對外擴展形成的一區域範圍內是否有另一第二日照檢測裝置發生異常日照量，其中，該區域範圍是從該假想直線對外擴展的一扇形區域範圍，該扇形區域範圍是在兩邊界線之內的範圍，該扇形區域範圍以該第一日照檢測裝置的所在位置為該扇形區域範圍的頂點，該扇形區域範圍具有一圓心角，該圓心角是該兩邊界線的夾角，該假想直線與各該邊界線的夾角分別是該圓心角的一半。
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