TWI571046B - Dust Power Generation Loss Monitoring System - Google Patents

Dust Power Generation Loss Monitoring System Download PDF

Info

Publication number
TWI571046B
TWI571046B TW105105236A TW105105236A TWI571046B TW I571046 B TWI571046 B TW I571046B TW 105105236 A TW105105236 A TW 105105236A TW 105105236 A TW105105236 A TW 105105236A TW I571046 B TWI571046 B TW I571046B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
power generation
loss
solar
meter
dust
Prior art date
Application number
TW105105236A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201731208A (zh
Inventor
Heng-An Zhou
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed filed Critical
Priority to TW105105236A priority Critical patent/TWI571046B/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI571046B publication Critical patent/TWI571046B/zh
Publication of TW201731208A publication Critical patent/TW201731208A/zh

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

落塵發電損耗監控系統
本發明有關於一種落塵發電損耗監控系統，尤指一種用於監控太陽能發電中灰塵所產生損耗之發電損耗監控系統。
鑑於全球石油庫存日漸減少，能源短缺為當前各國迫切解決之問題，而在替代能源中，太陽能由於取得便利、供電可預期且來源充沛，向來是最受矚目之綠色能源。一般而言，太陽能發電之損耗大致可分為：(1)線路損耗，為發電系統內部線路之傳輸損耗，通常可控制在4%或以下。(2)轉換損耗，太陽電池陣列之輸出為直流電，當輸出電力通過轉換器轉換為交流電所損失的功率謂之轉換損耗，此類損耗可採變壓效率較高之轉換器予以控制。(3)溫度損耗，當發電過程所產生的熱能造成板體溫度上升時，發電功率將會下降，此類損耗依氣候變化約在8%以下。(4)灰塵損耗，由於灰塵堆積於太陽電池面板表面，造成直射在太陽電池上之日照衰減，此類損耗一般在0.1%~15%。其中線路損耗、轉換損耗均與太陽電池之電氣特性相關，為可控制之損耗，而溫度損耗與灰塵損耗則與環境因素相關，又灰塵損耗所造成之功率衰減在高落塵地區更為顯著，為確保太陽電池能維持其發電量，必須清潔太陽電池面板表面堆積之灰塵。
然而，隨太陽電池陣列之鋪設面積增加，其清潔成本亦同步提高，假設區域落塵為空間均勻分佈，為使清潔開銷與發電量提昇之間取得最佳效益，公開第201350892號專利申請案提供一種太陽能模組效能監控系統及其監控方法，其具備：參考模組、評估模組、二個最大功率點追蹤裝置、PV通訊記錄裝置以及演算顯示裝置。其中參考模組、評估模組分別為表面清潔之太陽能發電模組與表面堆積有落塵之太陽能發電模組，並藉由估算參考模組、評估模組之間的發電功率差值，進而得知何時對太陽能發電模組進行清潔能取得最高效益。
惟先前技術之監控系統必須以兩個太陽能發電模組分別作為參考模組及評估模組，故整體體積較大，若太陽電池陣列為分散設置(例如設置在高矮不等的建築物屋頂)等狀況下，將變相排擠可設置太陽電池陣列之空間，使產能下降。是以，如何縮小監控系統所占用之空間，實為業者亟欲解決之技術問題。
本發明之目的，在於解決先前技術之落塵監控系統體積過大，因而壓縮發電面積等問題。
為達上述目的，本發明提供一種落塵發電損耗監控系統，用於監控一太陽電池陣列因面板表面堆積灰塵所造成之發電量損耗，所述之落塵發電損耗監控系統包含有一發電量計、一第一日照計、一第二日照計、以及一控制單元。該發電量計係用於量測該太陽電池陣列之發電量。該第一日照計其表面常態保持低落塵量。該第二日照計，其表面落塵量與該太陽電池陣列之表面相仿。該控制單元電性連接該發電量計、該第一日照計與該第二日照計，該控制單元將該第二日照計與該發電量計之讀數代入一日照發電關係式取得總損耗率，再將該第一日照計之讀數及總損耗率代入該日照發電關係式取得預期發電量，最後將預期發電量與該發電量計之讀數相減取得發電量損耗。
進一步地，該第一日照計表面設有一第一透光層，該第二日照計表面設有一第二透光層，該第一透光層與該第二透光層之材質係與該太陽電池陣列中每個太陽電池之透光蓋板相同，且該第一透光層與該第二透光層被設置為與該太陽電池陣列中每個太陽電池之透光蓋板相同之傾角。
進一步地，所述之落塵發電損耗監控系統更進一步包含有一用以清潔該第一透光層之清潔單元，該清潔單元具有複數對應該第一透光層之洗滌口，每一該洗滌口係設置於該第一透光層高度較高之一側。
進一步地，所述之落塵發電損耗監控系統更進一步包含有一資訊連接該控制單元之終端機，該終端機自該控制單元取得發電量損耗，並於發電量損耗高於預設閾值時發出通知訊號。
進一步地，該終端機係為電腦主機或可攜式通訊裝置。
進一步地，該太陽電池陣列之額定發電量為Qn、該太陽電池陣列設置地區之等效日照小時為ESH、該總損耗率為R loss、該太陽電池陣列之每日預期發電量為Q，該日照發電關係式為： Q = Qn × ESH × (1-R loss)
進一步地，所述之落塵發電損耗監控系統更進一步包含有一電性連接該控制單元之記憶單元，該記憶單元儲存有該太陽電池陣列之線路損耗及轉換損耗，該控制單元先將總損耗率扣除線路損耗及轉換損耗後，再將該第一日照計之讀數代入該日照發電關係式取得發電量損耗。
進一步地，所述之落塵發電損耗監控系統更進一步包含有一電性連接該控制單元之溫度感測器，該控制單元先取得該溫度感測器之讀數並計算出溫度損耗，並將總損耗率扣除溫度損耗後，再將該第一日照計之讀數代入該日照發電關係式取得發電量損耗。
是以，本發明較先前技術具有以下有益功效：
1.本發明採用兩個日照計取得清潔/未清潔兩種狀態下的日照強度，利用太陽電池陣列之發電量與日照強度相關之特性，藉由兩個日照計分別顯示太陽電池清潔/未清潔狀態下的發電損耗進行比對，並進而估算出該太陽電池陣列發電之灰塵損耗，能解決習用監控系統成本較高且占用體積大等問題。
2.本發明之終端機可自控制單元接收發電量損耗，並將發電量損耗轉換為電費等資訊，並於發電量損耗高於預設閾值時提供訊息予使用者，輔助使用者判斷是否應清洗太陽電池陣列。
茲就本申請案的技術特徵暨操作方式舉數個較佳實施態樣，並配合圖示說明謹述於后，俾提供審查參閱。再者，本發明中之圖式，為便於說明其比例未必按實際比例繪製，圖式中之比例並不用以限制本發明所欲請求保護之範圍。
關於本發明之技術，請參照第1圖所示，本發明提供一種落塵發電損耗監控系統100，用於監控一太陽電池陣列200因表面堆積灰塵所造成之發電量損耗。所述之落塵發電損耗監控系統100包含有一發電量計10、一第一日照計20、一第二日照計30、以及一控制單元40。該控制單元40係可為電腦處理器、微處理器、行動運算處理器或嵌入式晶片等具備演算及訊號控制功能之控制器。
更詳言之，該發電量計10係電性連接於該太陽電池陣列200，用於量測該太陽電池陣列200之發電量。該第一日照計20其表面常態保持低落塵量，該第二日照計30其表面落塵量則與該太陽電池陣列200相仿。於本實施態樣中，參照第2圖及第3圖所示，該第一日照計20表面設有一第一透光層21，該第二日照計30表面設有一第二透光層31，該第一透光層21與該第二透光層31之材質係與該太陽電池陣列200中每個太陽電池210之透光蓋板相同，確保該第一日照計20及該第二日照計30表面能更接近該太陽電池陣列200之落塵狀態，且該第一透光層21與該第二透光層31被設置為與該太陽電池陣列200中每個太陽電池210之透光蓋板相同之傾角，此外，該第一日照計20及該第二日照計30依其日照計種類不同，亦可與該太陽電池陣列200呈相同之傾角藉以模擬日照狀況，同時須考慮設置區域的風向對灰塵沉積狀況產生的影響，其傾角角度應依實際環境狀況而定，在此不予限制。
本實施態樣中，該落塵發電損耗監控系統100更進一步包含有一用以清潔該第一透光層21之清潔單元50，具有多數對應該第一透光層21之洗滌口51，每一該洗滌口51係設置於該第一透光層21高度較高之一側，該清潔單元50具體可為水循環機或送風機，藉以保持該第一透光層21之表面潔淨。該第一日照計20、該第二日照計30、該清潔單元50及支撐該些構件之支撐架310可聯合組成一日照參考單元300，該日照參考單元300較佳係設置於該太陽電池陣列200之間，而能形成與該太陽電池陣列200更為貼近之日照條件。
以下進一步說明本發明之操作方式，參照第4圖所示。本發明實施前，較佳應試運轉該落塵發電損耗監控系統100三日或以上進行器差及參數計算為妥。該控制單元40將該第二日照計30與該發電量計10之讀數代入一日照發電關係式取得總損耗率，再將該第一日照計20之讀數及總損耗率代入該日照發電關係式取得預期發電量，最後將預期發電量與該發電量計10之讀數相減取得發電量損耗。本發明中，具體是利用太陽電池210發電功率與日照量、模板溫度成公式關係的特性，由該發電量計10及該第二日照計30之讀數加以推估出總損耗率，接著，利用該第一日照計20及總損耗率推估出該太陽電池陣列200表面在清潔狀態下之發電量，最後再將預期發電量與該發電量計10之讀數相減，即可取得因灰塵堆積於該太陽電池陣列200表面所造成之發電量損耗。
於本實施態樣中，該控制單元40係依據該太陽電池陣列200設置地區之等效日照小時（Equivalent Sunshine Hours, ESH）建設該日照發電關係式，等效日照小時之目的在於平均消除日量測時間差，其定義為當地之日射量換算為1KW/m 2之標準條件下之有效照射時間，亦即在一天24小時內該太陽電池陣列200能輸出最大發電量之總時數，等效日照小時可由當地氣象等氣象資料庫中取得。設該太陽電池陣列200之額定發電量為Q n、該等效日照小時為ESH，而總損耗率為R loss，則該太陽電池陣列200之每日理想發電量Q為： Q = Q n× ESH × (1-R loss)                                                             (式1)
上述式1即為本發明之日照發電關係式。由於該第一日照計20表面常保清潔狀態，故能模擬該太陽電池陣列200在表面清潔狀態下接收到的日照量，而該第二日照計30不持續加以清潔，故能模擬該太陽電池陣列200設置於當地之落塵狀況下接收到的日照量。於本發明中，該第一日照計20與該第二日照計30之讀數均被轉換為等效日照小時，如將該發電量計10之讀數設為Q Array、該第二日照計30之讀數設為S 2並代入日照發電關係式(式1)，則可得到： Q Array= Q n× S 2× (1-R loss)                                                             (式2)
由上述式2可取得該太陽電池陣列200之總損耗率R loss，接著，該控制單元40將該第一日照計20之讀數S 1與總損耗率R loss代入該日照發電關係式(式1)取得預期發電量Q e， Q e= Q n× S 1× (1-R loss)；                                                            (式3)
再將預期發電量Q e與該發電量計10之讀數Q Array相減，即可取得發電量損耗Q loss： Q loss= Q e- Q Array(式4)
該落塵發電損耗監控系統100更可包含有一資訊連接該控制單元40之終端機60，係為電腦主機或可攜式通訊裝置。該終端機60自該控制單元40取得發電量損耗，並判斷發電量損耗是否高於預設閾值，本發明之用語「預設閾值」可依使用者需求設定，例如將該預設閾值設定為Q loss/Q e取得電量損耗Q loss與預期發電量Q e之比值，或是將該預設閾值設定為清潔該太陽電池陣列200之清潔費用，當發電量損耗乘以當地電價所換算出的電費高於該預設閾值後，該終端機60便向使用者發出通知，並提示目前進行清洗可減少多少損失。此外，該終端機60也可在介面上隨時顯示未清潔該太陽電池陣列200所損失之電費。
為取得與該太陽電池陣列200實際發電狀況更為近似之線性關係，所述之落塵發電損耗監控系統100較佳可包含有一電性連接該控制單元40之記憶單元70、以及一溫度感測器80，該記憶單元70儲存有該太陽電池陣列200之線路損耗及轉換損耗，且該控制單元40可依該溫度感測器80之讀數計算出溫度損耗，一般而言，太陽能發電之線路損耗約佔4%以下、轉換損耗依使用之轉換器品質約佔0.1~5%，溫度損耗約為每升高1℃效率降低1%(以常溫25℃為基準)，然前述數據僅為釋例，實際溫度損耗應依該太陽電池陣列200及其匹配電路之各項參數為準。該控制單元40先將總損耗率與線路損耗、轉換損耗及溫度損耗抵銷後，再將該第一日照計20之讀數代入該日照發電關係式取得發電量損耗。藉此可排除肇因於電路及溫度之發電損耗，並取得更精確之灰塵發電損耗量。
綜上所述，本發明採用兩個日照計，並利用太陽電池210發電功率與日照強度呈線性相關之特性，透過特定算式換算及兩個日照計之讀數比對，進而取得太陽電池210在清潔與未清潔兩種狀態下之發電量差值，能取代先前技術之監控系統直接採用兩組太陽電池210發電進行比對之方式，而能解決習用監控系統占用體積過大之問題。
以上已詳細說明本發明之內容，惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。
100‧‧‧落塵發電損耗監控系統
200‧‧‧太陽電池陣列
300‧‧‧日照參考單元
310‧‧‧支撐架
210‧‧‧太陽電池
10‧‧‧發電量計
20‧‧‧第一日照計
21‧‧‧第一透光層
30‧‧‧第二日照計
31‧‧‧第二透光層
40‧‧‧控制單元
50‧‧‧清潔單元
51‧‧‧洗滌口
60‧‧‧終端機
70‧‧‧記憶單元
80‧‧‧溫度感測器
第1圖：為本發明落塵發電損耗監控系統之方塊圖。 第2圖：為本發明日照參考單元及太陽電池陣列之立體圖。 第3圖：為本發明日照參考單元之立體圖。 第4圖：為本發明落塵發電損耗監控系統之作業流程圖。
100‧‧‧落塵發電損耗監控系統
200‧‧‧太陽電池陣列
10‧‧‧發電量計
20‧‧‧第一日照計
30‧‧‧第二日照計
40‧‧‧控制單元
60‧‧‧終端機
70‧‧‧記憶單元
80‧‧‧溫度感測器

Claims (7)

  1. 一種落塵發電損耗監控系統，用於監控一太陽電池陣列因面板表面堆積灰塵所造成之發電量損耗，所述之落塵發電損耗監控系統包含有：一發電量計，係用於量測該太陽電池陣列之發電量；一第一日照計，其表面常態保持低落塵量；一第二日照計，其表面落塵量與該太陽電池陣列之表面相仿；以及一電性連接該發電量計、該第一日照計與該第二日照計之控制單元，該控制單元將該第二日照計與該發電量計之讀數代入一日照發電關係式取得總損耗率，再將該第一日照計之讀數及總損耗率代入該日照發電關係式取得預期發電量，最後將預期發電量與該發電量計之讀數相減取得發電量損耗其中該太陽電池陣列之額定發電量為Qn、該太陽電池陣列設置地區之等效日照小時為ESH、該總損耗率為Rloss、該太陽電池陣列之每日預期發電量為Q，該日照發電關係式為：Q=Qn×ESH×(1-Rloss)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之落塵發電損耗監控系統，其中該第一日照計表面設有一第一透光層，該第二日照計表面設有一第二透光層，該第一透光層與該第二透光層之材質係與該太陽電池陣列中每個太陽電池之透光蓋板相同，且該第一透光層與該第二透光層被設置為與該太陽電池陣列中每個太陽電池之透光蓋板相同之傾角。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之落塵發電損耗監控系統，更進一步包含有一用以清潔該第一透光層之清潔單元，該清潔單元具有複數對應該第一透光層之洗滌口，每一該洗滌口係設置於該第一透光層高度較高之一側。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之落塵發電損耗監控系統，更進一步包含有一資訊連接該控制單元之終端機，該終端機自該控制單元取得發電量損耗，並於發電量損耗高於預設閾值時發出通知訊號。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之落塵發電損耗監控系統，其中該終端機係為電腦主機或可攜式通訊裝置。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之落塵發電損耗監控系統，更進一步包含有一電性連接該控制單元之記憶單元，該記憶單元儲存有該太陽電池陣列之線路損耗及轉換損耗，該控制單元先將總損耗率扣除線路損耗及轉換損耗後，再將該第一日照計之讀數代入該日照發電關係式取得發電量損耗。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之落塵發電損耗監控系統，更進一步包含有一電性連接該控制單元之溫度感測器，該控制單元先取得該溫度感測器之讀數並計算出溫度損耗，並將總損耗率扣除溫度損耗後，再將該第一日照計之讀數代入該日照發電關係式取得發電量損耗。
TW105105236A 2016-02-23 2016-02-23 Dust Power Generation Loss Monitoring System TWI571046B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW105105236A TWI571046B (zh) 2016-02-23 2016-02-23 Dust Power Generation Loss Monitoring System

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW105105236A TWI571046B (zh) 2016-02-23 2016-02-23 Dust Power Generation Loss Monitoring System

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI571046B true TWI571046B (zh) 2017-02-11
TW201731208A TW201731208A (zh) 2017-09-01

Family

ID=58608182

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105105236A TWI571046B (zh) 2016-02-23 2016-02-23 Dust Power Generation Loss Monitoring System

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWI571046B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013161370A1 (ja) * 2012-04-26 2013-10-31 積水化学工業株式会社 蓄電システム、及びカートリッジ
US20140375343A1 (en) * 2012-03-14 2014-12-25 Tokyo Electron Limited Solar cell module efficacy monitoring system and monitoring method therefor
TWM502290U (zh) * 2014-12-30 2015-06-01 Gen Energy Solutions Inc 可自動評估清潔需求之太陽能設備與自動式清潔評估系統
CN204597874U (zh) * 2015-03-30 2015-08-26 西安理工大学 太阳能电池板灰尘度在线监测装置
CN204974606U (zh) * 2015-09-21 2016-01-20 北方民族大学 太阳能光伏阵列表面清洁机器人

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140375343A1 (en) * 2012-03-14 2014-12-25 Tokyo Electron Limited Solar cell module efficacy monitoring system and monitoring method therefor
WO2013161370A1 (ja) * 2012-04-26 2013-10-31 積水化学工業株式会社 蓄電システム、及びカートリッジ
TWM502290U (zh) * 2014-12-30 2015-06-01 Gen Energy Solutions Inc 可自動評估清潔需求之太陽能設備與自動式清潔評估系統
CN204597874U (zh) * 2015-03-30 2015-08-26 西安理工大学 太阳能电池板灰尘度在线监测装置
CN204974606U (zh) * 2015-09-21 2016-01-20 北方民族大学 太阳能光伏阵列表面清洁机器人

Also Published As

Publication number Publication date
TW201731208A (zh) 2017-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Behura et al. Towards better performances for a novel rooftop solar PV system
Akhsassi et al. Experimental investigation and modeling of the thermal behavior of a solar PV module
US9520826B2 (en) Solar cell module efficacy monitoring system and monitoring method therefor
Yang et al. A novel optimization sizing model for hybrid solar-wind power generation system
CN1768273A (zh) 光伏电源性能监视器
ABBASOĞLU et al. Evaluation of field data and simulation results of a photovoltaic system in countries with high solar radiation
Arnaout et al. Pilot study on building‐integrated PV: technical assessment and economic analysis
CN104767483B (zh) 一种光热特性耦合光伏电池温度预测方法
Aristizábal et al. Experimental investigation of the performance of 6 kW BIPV system applied in laboratory building
Kaundal et al. Tracing of shading effect on underachieving SPV cell of an SPV grid using wireless sensor network
Kumar et al. Energy loss analysis of a large scale BIPV system for university buildings in tropical weather conditions: A partial and cumulative performance ratio approach
El Alimi et al. Break-even analysis and optimization of a stand-alone hybrid system with battery storage for residential load consumption—A case study
CN203149765U (zh) 一种光伏系统报警设备
Di Leo et al. Improvement of self-sufficiency for an innovative nearly zero energy building by photovoltaic generators
CN103399219A (zh) 光伏发电站性能实时监测方法
Ebhota et al. Impact of Photovoltaic Panel Orientation and Elevation Operating Temperature on Solar Photovoltaic System Performance
Serat et al. Design and Economic Analysis of On-Grid Solar Rooftop PV System Using PVsyst Software
Vinco et al. GIS-based optimal photovoltaic panel floorplanning for residential installations
Bellazzi et al. Estimation of the performance of a BIPV façade in working conditions through real monitoring and simulation
KR102363732B1 (ko) 태양광 발전량 예측 시스템
TWI571046B (zh) Dust Power Generation Loss Monitoring System
Ganilha Potential of bifacial PV installation and its integration with storage solutions
CN105591470A (zh) 太阳能光伏发电数据监测系统
CN205265351U (zh) 太阳能光伏发电数据监测系统
JP2004094660A (ja) 太陽光発電装置用設計支援装置および太陽光発電装置設計方法