TWI580174B - A method for judging the cleaning time of the solar module and a solar module system using the same - Google Patents

Description

判斷太陽能模組清洗時間點之方法及使用該方法之太陽能模組系統

本發明係關於一種判斷太陽能模組清洗時間點之方法及使用該方法之太陽能模組系統。

目前，化石燃料是我們主要能源，並被廣泛的用來生產人類日常生活中所需的電力。然而，伴隨著化石燃料資源逐漸耗盡以及因化石燃料所導致之氣候極端改變、生態系統失調，故各國都積極發展替代能源，如太陽能、風能、地熱能、水力能等的相關天然能源之開發。其中，最受矚目的是太陽能發電。太陽光照射地表1小時的累積量即可提供全人類一整年的需求，是取之不盡的天然資源。由於太陽能發電具有不會枯竭、容易與建物結合等優點，而且加上近年來半導體材料的飛躍發展，使得太陽能的光電轉換效率持續提升，故讓太陽能電池模組逐漸被消費者廣泛應用。

但是，環境因素對於太陽能電池模組之發電效率影響甚大，例如，氣候、季節、日夜等因素均會影響日照量。又，已知太陽能電池模組上的髒污或灰塵會降低發電量，一般太陽能模組為了避免髒污或灰塵導致發電量降低，會針對太陽能電池模組進行清洗作業，以確保發電效率。但是，雖不斷對太陽能電池模組進行清洗作業可確保太陽能電池模組之清洗，但是另一方面卻造成高額之清洗成本增加，因此十分不符合經濟效益。

本發明人曾提出一種太陽能模組效能監控系統及其監控方法(中華民國發明專利公開第201350892號)，可計算出太陽能電池模組之發電損失，並與額定輸出進行比較，來計算出太陽能電池模組於實際操作時之功率損失。

雖然本發明人所提出之上述專利中揭露了太陽能電池模組於實際操作時之功率損失(Δp)=太陽能電池模組之額定輸出-(太陽能電池模組之實際發電功率+ΔPd(灰塵堆積所造成之功率損失)+ΔPt(操作溫度所造成之功率損失)+ΔPm(最大功率點追蹤所造成之功率損失))，但該專利中並沒有提及針對灰塵堆積所造成的功率損失之有效良策(例如，更換、清洗等)。

另外，本發明人另提出一種太陽能發電監控方法及使用於該方法之太陽能發電監控系統(中華民國發明專利公開第201414134號)，可監視太陽能發電系統中之各種發電損失並檢測異常，但該專利中仍沒有提及針對灰塵堆積所造成的功率損失之有效良策。

本發明人有鑑於上述問題點，乃積極著手從事研究開發，以期可提供一種能有效避免太陽能模組因塵埃堆積所導致功率損失，並符合經濟效益之方法。經由不斷的試驗及努力，終於開發出本發明。

根據本發明之第1態樣，係提供一種判斷太陽能模組清洗時間點之方法，包含有：計算太陽能模組因落塵堆積所造成的區間發電功率損失之步驟；換算發電功率損失成本之步驟，係將所計算出的因落塵堆積所造成的該區間發電功率損失換算為成本；計算總發電功率損失成本之步驟，係經由該區間發電功率損失成本來計算出等於清洗成本時之總發電功率損失成本；以及判斷清洗時間點之步驟，係藉由總發電功率損失成本來判斷清洗時間點。

根據本發明之第2態樣，係提供一種判斷太陽能模組清洗時間點之方法，包含有：計算太陽能模組累計落塵堆積所造成的發電功率損失之步驟；換算發電功率損失成本之步驟，係將所計算出的累計落塵堆積所造成的發電功率損失換算為成本；比較步驟，係即時地比較該發電功率損失成本與該清洗成本，若該發電功率損失成本小於該清洗成本，便回到該換算發電功率損失成本之步驟，若該發電功率損失成本等於該清洗成本，則前進至下一步驟；以及通知步驟，係在該發電功率損失成本等於該清洗成本時，發出清洗通知。

根據本發明之第3態樣，係提供一種太陽能模組系統，具備有：參考模組，係太陽能發電模組，其表面經常保持清洗狀態；評估模組，係太陽能發電模組，其表面被覆有實際環境所造成之落塵；資料收集元件，係用以收集該評估模組因落塵所導致之發電損失資料，而計算出該損失及進行運算；以及顯示元件，係顯示該資料收集元件所運算出之清洗時間點；其中該太陽能模組系統係使用上述判斷太陽能模組清洗時間點之方法來運算清洗時間點。

根據本發明之判斷太陽能模組清洗時間點之方法及使用該方法之太陽能模組系統，便可有效避免太陽能模組因塵埃堆積所導致功率損失，並符合經濟效益。

1‧‧‧太陽能模組系統

2‧‧‧參考模組

3‧‧‧評估模組

4‧‧‧資料收集元件

5‧‧‧顯示元件

6‧‧‧清洗系統

7、8‧‧‧溫度感測器

9‧‧‧雨量計

10‧‧‧微粒子檢出器

a1、a2、b1、b2‧‧‧取樣點損失功率

a3‧‧‧區間損失功率

atotal‧‧‧總發電功率損失

btotal‧‧‧總發電功率損失

FCT‧‧‧清洗時間

TCN‧‧‧清洗時間

L1、L2‧‧‧總發電損失成本

Sr1‧‧‧關係直線

C‧‧‧清洗成本

圖1係用以說明第1實施形態相關之判斷太陽能模組清洗時間點的計算方法之圖式。

圖2係顯示第1實施形態相關的判斷太陽能模組清洗時間點之方法的流程圖。

圖3係用以說明第2實施形態相關之判斷太陽能模組清洗時間點的計算方法之圖式。

圖4係顯示第2實施形態相關之判斷太陽能模組清洗時間點之方法的流程圖。

圖5係顯示使用本發明之判斷太陽能模組清洗時間點之方法的太陽能模組系統之方塊圖。

以下，便參照圖1及圖2來詳細說明第1實施形態相關之判斷太陽能模組清洗時間點之方法。圖1係用以說明第1實施形態相關之判斷太陽能模組清洗時間點的計算方法之圖式。圖1之橫軸係時間，縱軸係損失功率。圖2係顯示第1實施形態相關之判斷太陽能模組清洗時間點之方法的流程圖。

請參照圖5所示，首先，就使用本發明之判斷太陽能模組清洗時間點之方法的太陽能模組系統1來進行說明。本發明之太陽能模組系統1主要係具備有：參考模組2，係太陽能發電模組，其表面經常保持清洗狀態；評估模組3，係太陽能發電模組，其表面被覆有實際環境所造成之落塵；資料收集元件4，係用以收集該評估模組3因落塵所導致之發電損失資料，而計算出該損失及進行運算；以及顯示元件5，係顯示該資料收集元件4所運算出之清洗時間點。

本發明相關之判斷太陽能模組清洗時間點之方法的第1實施形態係包含有：計算太陽能模組因落塵堆積所造成的區間發電功率損失之步驟(S101)；換算發電功率損失成本之步驟(S102)，係將所計算出的因落塵堆積所造成的該區間發電功率損失換算為成本；計算總發電功率損失成本之步驟(S103)，係經由該區間發電功率損失成本來計算出等於清洗成本時之總發電功率損失成本；以及判斷清洗時間點之步驟(S104)，係藉由總發電功率損失成本來判斷清洗時間點。

接著，就本發明方法之各步驟加以詳細說明。如圖1、圖2所示，步驟S101中，首先，決定一時間區間(起始點T1及終點TX)，其中於該區間內會進行複數取樣以獲得複數取樣點。接著，計算出該區間內之所有取樣點的損失功率，各取樣點的損失功率計算方式係以取樣點之該參考模組2的發電功率減去評估模組3的發電功率來加以求得。然後，求得區間中之所有取樣點的時間與損失功率之線性關係，而利用時間與損失功率的關係直線Sr1與區間之起始點T1的損失功率a1與區間之終點TX的損失功率a2來計算出區間損失功率a3。

另外，上述取樣點之取樣方式可以利用該顯示元件5來設定在既定時間點t進行資料更新。該既定時間點t可依時間區間長度來加以決定，例如以每天、每週或每月來進行資料更新。

另外，為了判斷評估模組3表面的發電損失是否起因為落塵，或是因系統異常等其它因素所造成，亦可進一步地利用雨量計9與微粒子檢出器10來輔助判斷。一般而言，在微粒子檢出器10所檢出之微粒子量較高時，因落塵堆積所造成之功率損失應會增加。另一方面，在雨量計9所檢出之雨量值較高時，由於太陽能發電模組表面應會被沖淨而較為乾淨，故因落塵 堆積所造成之功率損失應會減少。若是與上述情況有所相異，則可推測為非因落塵堆積之因素所造成之發電損失，因而判斷是否必須對系統1或檢測元件(例如雨量計9或微粒子檢出器10)進行檢查或確認。

另外，由於被覆有落塵時，會影響太陽能發電模組接受熱能的效果，故可利用設置於參考模組2與評估模組3之各溫度感測器7、8來取得參考模組2與評估模組3的溫度差，以輔助判斷落塵堆積狀況。

接著，步驟S102中，會以單位發電成本來換算出步驟S101中所計算出的區間發電功率損失a3的損失成本L(例如，在每度電(kW)成本為5元的情況，於一天中之損失功率(a3)為200kW時，損失成本為200kW*5=1000元)。

再來，步驟S103中，會利用步驟S101中所計算出的區間中之時間與損失功率的關係直線Sr1及該區間發電功率損失成本a3來計算出等於清洗成本C時之總發電功率損失atotal的總發電功率損失成本L1。

最後，步驟S104中，會將步驟S103所計算出的總發電功率損失成本L1及時間與損失功率的回歸直線Sr1帶入下式(1)來判斷太陽能模組清洗時間點Fct，式(1)：

Fct：太陽能模組清洗時間點

L1：總發電功率損失成本

Sr1：時間與損失功率的關係直線。

第1實施形態的判斷太陽能模組清洗時間點之方法係可進一步地具有清洗步驟。該清洗步驟係在該總發電功率損失成本L1等於該清洗成本C時，進行清洗。為了進行此步驟，本發明之太陽能模組系統1便可進一步地具有清洗系統6。該清洗系統6例如係具備有：清洗裝置(未圖示)；清洗控制元件(未圖示)，係用以決定清洗裝置之清洗區域、排程以及清洗方式，以對太陽能模組等進行清洗；以及動作確認元件(未圖示)，係藉由影像、清洗裝置之開關訊號或是直流電表數值來確認清洗動作。

該清洗裝置係設置於該評估模組3上，並可為各種物理性清洗裝置，例如噴液裝置、氣體吹淨裝置、機械刷頭或刮刀等。

另外，本發明第1實施形態相關的判斷太陽能模組清洗時間點之方法的實施方式不限於上述藉由實際太陽能模組取樣之方式來加以進行，亦可例如，藉由當地平均日照量、平均落塵堆積量所導致之太陽能模組功率損失相關的歷史資訊等來判斷清洗時間點。

再來，便參照圖3及圖4來說明本發明第2實施形態相關的判斷太陽能模組清洗時間點之方法。圖3係用以說明第2實施形態相關之判斷太陽能模組清洗時間點的計算方法之圖式。圖3之橫軸係時間，縱軸係損失功率。圖4係顯示第2實施形態相關之判斷太陽能模組清洗時間點之方法的流程圖。

使用本發明第2實施形態相關的判斷太陽能模組清洗時間點之方法的太陽能模組系統1係與上述第1實施形態相同，因此省略其詳細說明。

請參看圖4，本發明第2實施形態相關的判斷太陽能模組清洗時間點之方法係包含有：計算太陽能模組累計落塵堆積所造成的發電功率損失之步驟(S201)；換算發電功率損失成本之步驟(S202)，係將所計算出的累計落塵堆積所造成的發電功率損失換算為成本；比較步驟(S203)，係即時地比較該發電功率損失成本與該清洗成本，若該發電功率損失成本小於該清洗成本，便回到計算太陽能模組累計落塵堆積所造成的發電功率損失之步驟(S201)，若該發電功率損失成本等於該清洗成本，則前進至下一步驟；以及通知步驟(S204)，係發出清洗通知。

首先，步驟S201中，從未有功率損失之時間點(T0)開始，之後每取樣一次便計算出該次取樣點之發電損失功率，並累計該等取樣點之總發電損失功率btotal(例如，在取樣點T1時，取得該點發電損失功率b1，則取樣點T1時之總發電損失功率btotal即為Σ 0b1，若在取樣點T2時，取得該點發電功率損失b2，則取樣點T2時之總發電損失功率btotal即為Σ 0b2)。

接著，步驟S202中，會以單位發電成本來換算出步驟S201所累計的總發電功率損失btotal所相當的損失成本L2，其換算方式係與上述第1實施形態之步驟S102相同。

之後，步驟S203中，會即時地比較該累計發電功率損失成本L2與清洗成本C，若該累計發電功率損失成本L2小於清洗成本C，便回到步驟S201 持續累計該等取樣點之總發電損失功率btotal所相當之發電功率損失成本L2，若該發電功率損失成本L2等於清洗成本C，則前進至下個步驟。

最後，步驟S204中，因發電功率損失成本L2等於清洗成本C，故在清洗時間TCN時便會發出清洗通知。

本發明第2實施形態相關的判斷太陽能模組清洗時間點之方法亦可如第1實施形態的判斷太陽能模組清洗時間點之方法般，係進一步地具有清洗步驟，該清洗步驟亦與第1實施形態中的清洗步驟相同，故在此便省略其重複之詳細說明。

本發明太陽能模組系統1除了上述參考模組2、評估模組3、資料收集元件4、顯示元件5、清洗系統6、溫度感測器7,8、雨量計9與微粒子檢出器10以外，甚至，可使用本案申請人於中華民國所提出之發明專利公開第201350892號、發明專利公開第201414134號之太陽能模組效能監控系統或太陽能發電監控系統。尤有甚者，亦可在上述兩專利所揭露之結構外，追加輔助其他有助於太陽能模組系統1於發電功效或偵測功效上之輔助元件，在不脫離本發明判斷太陽能模組清洗時間點之方法之要旨，亦即當總發電功率損失成本等於清洗成本，即為進行太陽能模組清洗會符合經濟效益的最佳時間點。

以上，便已就本發明之判斷太陽能模組清洗時間點之方法及使用該方法之太陽能模組系統進行說明，但本發明並不限定於此，任何在本案申請專利範圍所限定之內容要旨下，可進行各種改變。例如，只要能取得總發電功率損失成本等於清洗成本的前提下，可藉由任何方式來取得清洗時間點。

根據本發明之判斷太陽能模組清洗時間點之方法及使用該方法之太陽能模組系統，便可有效避免太陽能模組因塵埃堆積所導致功率損失，並符合經濟效益。

a1、a2‧‧‧取樣點損失功率

a3‧‧‧區間發電損失功率

a_total‧‧‧總發電功率損失

F_CT‧‧‧清洗時間

Sr1‧‧‧關係直線

Claims (10)

1. 一種判斷太陽能模組清洗時間點之方法，包含有：計算太陽能模組因落塵堆積所造成的區間發電功率損失之步驟；換算發電功率損失成本之步驟，係將所計算出的因落塵堆積所造成的該區間發電功率損失換算為成本；計算總發電功率損失成本之步驟，係經由該區間發電功率損失成本來計算出等於清洗成本時之總發電功率損失成本；以及判斷清洗時間點之步驟，係藉由總發電功率損失成本來判斷清洗時間點；該計算太陽能模組因落塵堆積所造成的區間發電功率損失之步驟係決定一段時間區間，而於該區間內進行複數取樣以獲得複數取樣點；該區間發電功率損失係藉由求得該區間中之所有取樣點的時間與損失功率之關係直線，而利用該關係直線與該區間之起始取樣點的損失功率與區間之終點取樣點的損失功率來加以計算。
2. 如申請專利範圍第1項之判斷太陽能模組清洗時間點之方法，其以下式(1)來推算出清洗時間： 其中，Fct係清洗時間點，L1係總發電功率損失成本，Sr1係關係直線。
3. 一種判斷太陽能模組清洗時間點之方法，包含有：計算太陽能模組累計落塵堆積所造成的發電功率損失之步驟；換算發電功率損失成本之步驟，係將所計算出的累計落塵堆積所造成的發電功率損失換算為成本；比較步驟，係即時地比較該發電功率損失成本與該清洗成本，若該發電功率損失成本小於該清洗成本，便回到該計算太陽能模組累計落塵堆積所造成的發電功率損失之步驟，若該發電功率損失成本等於該清洗成本，則前進至下一步驟；以及通知步驟，係發出清洗通知；該計算太陽能模組累計落塵堆積所造成的發電功率損失之步驟係從未有功率損失之時間點開始，之後每取樣一次便計算出該次取樣點之發 電損失功率，並累計該等取樣點之總發電損失功率。
4. 如申請專利範圍第1、3項中任一項之判斷太陽能模組清洗時間點之方法，其中該換算發電功率損失成本之步驟係依照單位發電成本來加以換算。
5. 如申請專利範圍第1、3項中任一項之判斷太陽能模組清洗時間點之方法，其係進一步地具有清洗步驟，係在該總發電功率損失成本等於該清洗成本時，進行清洗。
6. 一種太陽能模組系統，係具備有：參考模組，係太陽能發電模組，其表面經常保持清洗狀態；評估模組，係太陽能發電模組，其表面被覆有實際環境所造成之落塵；資料收集元件，係用以收集該評估模組因落塵所導致之發電損失資料，而計算出該損失及進行運算；以及顯示元件，係顯示該資料收集元件所運算出之清洗時間點；其係使用如申請專利範圍第1至5項中任一項之判斷太陽能模組清洗時間點之方法來判斷清洗時間點。
7. 如申請專利範圍第6項之太陽能模組系統，其更具備有雨量計來輔助判斷因落塵所造成之發電損失。
8. 如申請專利範圍第6或7項之太陽能模組系統，其更具備微粒子檢出器來輔助判斷因落塵所造成之發電損失。
9. 如申請專利範圍第6或7項之太陽能模組系統，其更具有清洗系統，係在該總發電功率損失成本等於該清洗成本時，進行清洗。
10. 如申請專利範圍第9項之太陽能模組系統，其中該清洗系統係至少具備有：清洗裝置，係選自於噴液裝置、氣體吹淨裝置、機械刷頭或刮刀之其中任一者；以及清洗控制元件，係決定清洗裝置之清洗區域、排程以及清洗方式，以對太陽能模組等進行清洗。