TWI620945B - Solar module performance monitoring equipment - Google Patents

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TWI620945B TW106112515A TW106112515A TWI620945B TW I620945 B TWI620945 B TW I620945B TW 106112515 A TW106112515 A TW 106112515A TW 106112515 A TW106112515 A TW 106112515A TW I620945 B TWI620945 B TW I620945B
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Jin Syung Chen
Pei Chin Lin
Lai-Pheng Gan
Jui Kang Chiang
Hsien Chang Lin
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Ukc Electronics H K Co Limited
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Abstract

提供一種太陽能模組效能監控設備之素簡化系統係具備：參考模組，係太陽能發電模組，其表面經常保持清潔狀態；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灰塵；微處理部，係設置有特定電阻，且各自連接至該參考模組、該評估模組及記憶部，各自偵測該二個模組之電流及電壓，並會以運行下列公式(1)~(3)之方式來找出最大輸出功率，且藉由二個模組之最大輸出功率的差來計算出該評估模組因灰塵堆積所造成之功率損失；以及記憶部，係連接至該微處理部，以記憶該微處理部所偵測之該二個模組之電流、電壓及所計算出之最大輸出功率及功率損失；該公式(1)~(3)係如下表示：Vmp=C1*VR+C2...(1)
Imp=C3*IR+C4...(2)
Pmp=Vmp*Imp...(3)
其中，Pmp為最大輸出功率，Vmp為最大輸出功率Pmp所對應之電壓值，Imp為最大輸出功率Pmp所對應之電流值，VR為特定電阻所對應之電壓值，IR為特定電阻所對應之電流值，C1、C2為Vmp、VR的相關係數，C3、C4為Imp、IR的相關係數。

Description

太陽能模組效能監控設備之素簡化系統
太陽能模組效能監控設備之素簡化系統。
近年來，世界各國都積極發展替代能源，例如太陽能、風能、地熱能、水力能等的相關天然能源，以取代石化燃料。其中，最受矚目的是太陽能發電。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。
太陽能發電系統與傳統之電力系統有相當大之差異，其係將太陽能電池經串、並聯後封裝製成太陽能電池模組(太陽能面板)，再依太陽能電池模組之額定發電功率及最大功率點追蹤裝置(MPPT)或電力調節器來決定輸出電壓範圍，最後將太陽能電池模組串、並聯而組成適宜的太陽能電池陣列，以獲得最佳輸出功率。
本案之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)，其中該太陽能模組效能監控系統係具備：參考模組，係太陽能發電模組，其表面經常保持清潔狀態；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灰塵；二個最大功率點追蹤裝置，係各自連接至該參考模組與該評估模組，各自追蹤該二個模組之功率，將該等模組之功率輸出保持於最大點；PV通訊記錄裝置，係連接至該參考模組與該評估模組，以記錄該二個模組之發電結果；以及演算顯示裝置，係連接至該PV通訊記錄裝置，以計算出該評估模組因灰塵堆積所造成之功率損失。
本案發明人所提出上述發明專利申請案所揭露之太陽能模組效能監控系統之構成係必須於每個模組設置有最大功率點追蹤裝置，才能進行最大功率之追蹤，以輸出最佳功率，此種設置亦為現今太陽能發電系統欲輸出最佳功率之最有效率的手段。但是，在太陽能發電系統當中對每個模組設置最大功率點追蹤裝置就會增加其構造上的複雜性，這些構造上繁瑣的設計不僅會增加太陽能發電系統中之內部電功率耗損，進而對發電效率產生不良影響，並且亦會讓太陽能模組效能監控系統整體體積不得不設計為較大的體積，而增加設置難度。另外，由於如上述發明專利申請案所揭露之太陽能模組效能監控系統般，需要於每個模組設置有最大功率點追蹤裝置，故在成本上亦會增加許多。
本發明人有鑑於此課題，乃積極著手從事研究開發，而研究出一種太陽能模組效能監控設備之素簡化系統，根據此系統，便可素簡化太陽能模組效能監控設備，而降低整體效能監控設備之內部電功率耗損，並進一步地藉此來將整體系統迷你化，而可增進效能監控設備之監控準確性。
一種太陽能模組效能監控設備之素簡化系統係具備：參考模組，係太陽能發電模組，其表面經常保持清潔狀態；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灰塵；微處理部，係設置有特定電阻，且各自連接至該參考模組、該評估模組及記憶部，各自偵測該二個模組之電流及電壓，並會以運行下列公式(1)~(3)之方式來找出最大輸出功率，且藉由二個模組之最大輸出功率的差來計算出該評估模組因灰塵堆積所造成之功率損失；以及記憶部，係連接至該微處理部，以記憶該微處理部所偵測之該二個模組之電流、電壓及所計算出之最大輸出功率及功率損失；該公式(1)~(3)係如下表示：Vmp=C1*VR+C2...(1)
Imp=C3*IR+C4...(2)
Pmp=Vmp*Imp...(3)
其中，Pmp為最大輸出功率，Vmp為最大輸出功率Pmp所對應之電壓值，Imp為最大輸出功率Pmp所對應之電流值，VR為特定電阻所對應之電壓值，IR為特定電阻所對應之電流值，C1、C2為Vmp、VR的相關係數，C3、C4為Imp、IR的相關係數。
根據本發明的太陽能模組效能監控設備之素簡化系統的微處理部之運行方式，便可素簡化太陽能模組效能監控設備，而降低整體效能監控設備之內部電功率耗損，並進一步地藉此來將整體設備迷你化，而可增進效能監控設備之監控準確性。
1‧‧‧太陽能模組效能監控設備之素簡化系統
10‧‧‧參考模組
20‧‧‧評估模組
30‧‧‧微處理部
40‧‧‧記憶部
圖1係顯示本發明實施形態之太陽能模組效能監控設備之素簡化系統中示意主要部分的結構方塊圖。
圖2係用以說明太陽能模組效能監控設備之輸出功率的圖式。
圖3係用以說明推得本發明實施形態之太陽能模組效能監控設備之素簡化系統所使用的公式之圖式。
圖4係用以說明本發明實施形態之太陽能模組效能監控設備之素簡化系統的效果之圖式。
以下，參考添付圖式詳述本發明之太陽能模組效能監控設備之素簡化系統的實施形態。圖1係顯示本發明實施形態之太陽能模組效能監控設備之素簡化系統中示意主要部分的結構方塊圖。
本發明實施形態之太陽能模組效能監控設備之素簡化系統1係具備：參考模組10，係太陽能發電模組，其表面經常保持清潔狀態；評估模組20，係太陽能發電模組，其表面被覆有環境、氣候等因素所造成之灰塵；微處理部30，係設置有特定電阻，且各自連接至該參考模組10、該評估模組20及記憶部40，各自偵測該二個模組在各種日照條件下所產生之電流及電壓，並會以運行下列公式(1)~(3)之方式來找出最大輸出功率Pmp，且 藉由二個模組之最大輸出功率的差來計算出該評估模組20因灰塵堆積所造成之功率損失；以及記憶部40，係連接至該微處理部30，以記憶該微處理部30所偵測之該二個模組在各種日照條件下所產生之電流、電壓及所計算出之最大輸出功率Pmp及功率損失；該公式(1)~(3)係如下表示：Vmp=C1*VR+C2...(1)
Imp=C3*IR+C4...(2)
Pmp=Vmp*Imp...(3)
其中，Pmp為最大輸出功率，Vmp為最大輸出功率Pmp所對應之電壓值，Imp為最大輸出功率Pmp所對應之電流值，VR為特定電阻所對應之電壓值，IR為特定電阻所對應之電流值，C1、C2為Vmp、VR的相關係數，C3、C4為Imp、IR的相關係數。
該參考模組10及該評估模組20之太陽能發電面板係可設置為長度在70mm~1000mm的範圍內，寬度在70mm~1000mm的範圍內。
太陽能模組效能監控設備之素簡化系統1係可進一步地具有清洗系統(未圖示)，係可依據該微處理部30所計算出之功率損失，來換算出功率損失成本，並在此功率損失成本大於清洗成本時，進行清洗。
該清洗系統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。
太陽能模組效能監控設備之素簡化系統1係可進一步地具有警告部，係連接至該記憶部40，當該記憶部40所記憶之電流、電壓及所計算出之最大輸出功率Pmp及功率損失超過特定值時發出警告。
再來，便參照圖2及圖3，就上述公式之細節來進一步地加以說明。圖2係用以說明太陽能模組效能監控設備之輸出功率的圖式。圖3係用以說明推得本發明實施形態之太陽能模組效能監控設備之素簡化系統所使用的公式之圖式。圖2及圖3之橫軸係電壓，縱軸係電流。
首先，參照圖2，由於太陽能模組因其溫度和總電阻之間有複雜的關係，故會使得其輸出功率呈現出非線性的關係，此關係可以電流-電壓特性 曲線來加以表示。圖2中之曲線A~E係表示在不同日照條件下所得到之電流-電壓特性曲線，曲線A係表示在最低日照條件下所得到之電流-電壓特性曲線，曲線B~E係依序表示日照條件逐漸增強的情況下所得到之電流-電壓特性曲線。在太陽能模組設備具備有最大功率點追蹤裝置的情況下，能找出該曲線A上的某一輸出電流以及此某一輸出電流所對應之輸出電壓相乘為最大值的點，此點即為最大輸出功率PmpA，此某一輸出電流即為ImpA，ImpA所對應之輸出電壓即為VmpA。同理，曲線B可得到最大輸出功率PmpB，以及PmpB所對應之ImpB、VmpB。曲線C可得到最大輸出功率PmpC，以及PmpC所對應之ImpC、VmpC。曲線D可得到最大輸出功率PmpD，以及PmpD所對應之ImpD、VmpD。曲線E可得到最大輸出功率PmpE，以及PmpE所對應之ImpE、VmpE。
此時，針對Pmp與Vmp之關係，分別收集PmpA、PmpB、PmpC、PmpD、PmpE的數據以及VmpA、VmpB、VmpC、VmpD、VmpE的數據，並將其兩者做線性回歸，即可得到Pmp=α1*Vmp+α2之回歸線方程式，其中α1、α2為回歸係數。同理，針對Pmp與Imp之關係，分別收集PmpA、PmpB、PmpC、PmpD、PmpE的數據以及ImpA、ImpB、ImpC、ImpD、ImpE的數據，而將其兩者做線性回歸，即可得到Pmp=β1*Imp+β2之回歸線方程式，其中β1、β2為回歸係數。
再來，如圖3所示，藉由設置於該微處理器30之特定電阻的倒數1/R所對應之電流與電壓的比例(亦即，1/R=I/V)，來找出各種日照強度下的特定電阻所對應的電流IR及電壓VR。詳細而言，找出特定電阻R的倒數1/R在曲線A，亦即最低日照條件下所對應之電流IRA，以及該電流IRA所對應之電壓VRA。同理，亦可依序找出在曲線B~E所對應之電流IRB、IRC、IRD、IRE，以及電流IRB、IRC、IRD、IRE所對應之電壓VRB、VRC、VRD、VRE。此時，參照圖3，亦對特定電阻R的倒數1/R所對應之電流(IRA~IRE)的數據以及上述所得到之各日照條件下的最大輸出功率之數據(PmpA~PmpE)做線性回歸，便可得到Pmp=ρ1*IR+ρ2之回歸線方程式，其中ρ1、ρ2為回歸係數。同理，亦對電流(IRA~IRE)所對應之電壓(VRA~VRE)及各日照條件下的最大輸出功率之數據(PmpA~PmpE)做線性回歸，即可得到Pmp=σ1*VR+σ2之回歸線方程式，其中σ1、σ2為回歸係數。
再來，便將Pmp=α1*Vmp+α2之回歸線方程式與Pmp=σ1*VR+σ2之回歸線方 程式解聯立，經整理後便可能到Vmp=(σ1/α1)*VR+[(σ2-α2)/α1]，由於α1、α2、σ1、σ2為回歸係數，而此回歸係數在一般線性回歸下為常數，故可將(σ1/α1)設為C1之常數，而將[(σ2-α2)/α1]設為C2之常數，藉此，便可得到本案之公式(1)，亦即，Vmp=C1*VR+C2。同理來將Pmp=β1*Imp+β2之回歸線方程式與Pmp=ρ1*IR+ρ2之回歸線方程式解聯立，而可得到Imp=(β1/ρ1)*IR+[(β2-ρ2)/ρ1]，並將(β1/ρ1)設為C3之常數，而將[(β2-ρ2)/ρ1]設為C4之常數，藉此，便可得到本案之公式(2)，亦即，Imp=C3*VR+C4。
由於已得到Imp及Vmp的公式，故將Imp及Vmp相乘，即可得到最大輸出功率Pmp，亦即公式(3)...Pmp=Vmp*Imp。
由上述，便可得到該微處理器30所運行的公式(1)~(3)。因此，根據上述公式(1)~(3)，即便在未裝置有最大功率追蹤裝置的情況下，只要在該微處理部30進行偵測太陽能模組在各日照條件下所產生電流及電壓時，偵測到可對應於該特定電阻R之倒數1/R所對應電流IR及電壓VR的話，便可帶入上述公式，來求得Imp及Vmp，進而計算出最大輸出功率Pmp。藉由讓該微處理器30運行公式(1)~(3)，便可省去最大功率追蹤裝置的設置，進而素簡化太陽能模組效能監控設備，而降低整體效能監控設備之內部電功率耗損。
再來，便參照圖4來說明本發明的太陽能模組效能監控設備之素簡化系統的效果。圖4係用以說明本發明實施形態之太陽能模組效能監控設備之素簡化系統的效果之圖式。圖4之橫軸係日照強度(單位：W/m2)，縱軸係最大輸出功率與額定輸出功率Wp之比值。
圖4中的三角形部分係表示以往裝設有最大功率追蹤裝置之太陽能模組效能監控設備，而菱形部分係表示本發明實施形態之太陽能模組效能監控設備之素簡化系統。如圖4所示，得知由於本發明實施形態之素簡化系統相較於以往裝設之太陽能模組效能監控設備會呈現更為良好的線性關係，且本發明實施形態之素簡化系統的決定係數R2亦較以往裝設有最大功率追蹤裝置之太陽能模組效能監控設備的決定係數R2要更接近於1，故由此便可得知本發明實施形態之太陽能模組效能監控設備之素簡化系統可更有效果地偵測出最大輸出功率，以讓太陽能模組輸出最佳功率。
以上，便已就本發明的太陽能模組效能監控設備之素簡化系統進行說 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，亦可在本發明所揭露之結構外，追加輔助其他有助於太陽能模組效能監控設備之素簡化系統1於發電功效或偵測功效上之輔助元件，例如溫度感測器、雨量計或微粒子檢出器。
根據本發明的太陽能模組效能監控設備之素簡化系統，便可省去最大功率追蹤器之設置，來素簡化太陽能模組效能監控設備，而降低整體效能監控設備之內部電功率耗損，並進一步地藉此來將整體設備迷你化，而可增進效能監控設備之監控準確性。

Claims (5)

  1. 一種太陽能模組效能監控設備之素簡化系統，係具備：參考模組，係太陽能發電模組，其表面經常保持清潔狀態；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灰塵；微處理部，係設置有特定電阻，且各自連接至該參考模組、該評估模組及記憶部，各自偵測該二個模組之電流及電壓，並會以運行下列公式(1)~(3)之方式來找出最大輸出功率，且藉由二個模組之最大輸出功率的差來計算出該評估模組因灰塵堆積所造成之功率損失；以及記憶部，係連接至該微處理部，以記憶該微處理部所偵測之該二個模組之電流、電壓及所計算出之最大輸出功率及功率損失；該公式(1)~(3)係如下表示：Vmp=C1*VR+C2...(1) Imp=C3*IR+C4...(2) Pmp=Vmp*Imp...(3)其中，Pmp為最大輸出功率，Vmp為最大輸出功率Pmp所對應之電壓值，Imp為最大輸出功率Pmp所對應之電流值，VR為特定電阻所對應之電壓值，IR為特定電阻所對應之電流值，C1、C2為Vmp、VR的相關係數，C3、C4為Imp、IR的相關係數。
  2. 如申請專利範圍第1項之太陽能模組效能監控設備之素簡化系統，其中該參考模組及該評估模組之太陽能發電面板係設置為長度在70mm~1000mm的範圍內，寬度在70mm~1000mm的範圍內。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之太陽能模組效能監控設備之素簡化系統，其進一步地具有清洗系統，係依據該微處理部所計算出之功率損失，來進行清洗。
  4. 如申請專利範圍第3項之太陽能模組效能監控設備之素簡化系統，其中該清洗系統為噴液裝置、氣體吹淨裝置、機械刷頭或刮刀。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之太陽能模組效能監控設備之素簡化系統，其進一步地具有警告部，係連接至該記憶部，當該記憶部所記憶之電流、電壓及所計算出之最大輸出功率及功率損失超過特定值時發出警告。
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