TWI634736B - 估算虛擬日照量的方法及太陽能發電場的警示系統 - Google Patents

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Abstract

一種估算虛擬日照量的方法及太陽能發電場的警示系統，其估算虛擬日照量的方法包括：首先逐一計算該太陽能發電場的各個太陽能發電設備之發電量與其對應的裝置容量的比值，自其中選取最大之比值並乘以風險水準係數，作為優良基準值步驟；其次由上述計算各太陽能發電設備的比值中選出大於或等於優良基準值者，作為優良樣本步驟；續為依據所選之優良樣本，將其逐一代入虛擬日照量公式，並預設PR期望值，進而估算出各個優良樣本相應的太陽能發電設備的虛擬日照量，並求出該些虛擬日照量的算術平均數，得出該太陽能發電場的平均虛擬日照量步驟。

Description

估算虛擬日照量的方法及太陽能發電場的警示系統
本發明為一種估算虛擬日照量的方法及太陽能發電場的警示系統，特別是有關於一種應用太陽能發電場所取出的大數據資料估算出該太陽能發電場的虛擬日照量的方法及其應用作為太陽能發電場異常的警示系統。
如圖1所示。日照計10，是一種可以衡量陽光照度的工具，日照計大量運用在太陽能發電場，其硬體價格所費不菲。太陽能發電場與氣候，特別是晴雨天息息相關，天氣好，照度大，則發電佳。因此，通常日照計1是與發電量相互比較的基準，進而計算其太陽能發電場的效率指標-太陽能發電效率PR(Performance Ratio)，PR公式為：，其中，該發電量為太陽能發電場之太陽能發電設備的發電量，該裝置容量為太陽能發電設備的額定功率，該日照量為日照計的測量日照度，原則上，PR愈接近100%，太陽能發電場利用率愈好。
由於太陽能發電場經年累月長期風吹日曬運作下，難免會發生日照計因線路損壞的情形，這會使得日照計之資料收集數據短少而造成其衍生數據計算上的困擾。然而，即使能成功擷取日照計數值，但也會因為長時間使用之下，使日照計易出現基準值偏移，或者日照度低於300W/m2 時較不準確等因素，皆會導致最終PR受到質疑，而無法達到管理整個太陽能發電場發電品質之目的。因此，通常業者需每年將日照計送到氣象局進行校正，且每次校正也有收費成本，但更糟的是，總是經常等到PR指標不準確，而無法有效管理發電場時，才開始重視日照計的品質。
因此業者有需要一種不依賴日照計所偵測的數據的技術，方能不受其干擾而能安心管理太陽能發電場。
本發明目的在於，應用太陽能發電場內的多部太陽能發電設備的裝置容量及其發電量資訊，並導入公式進行虛擬日照量的估算方法。
本發明的另一目的在於，應用上述估算虛擬日照量的方法，進行一種太陽能發電場的警示系統，以即時掌握太陽能發電場內的數據異常狀態。
本發明又一目的在於，應用另一太陽能發電場依據上述估算虛擬日照量的方法，進行一種太陽能發電場的警示系統，以即時掌握太陽能發電場內的數據異常狀態。
為達成上述估算虛擬日照量的方法，本發明提供一種估算虛擬日照量的方法，適用於根據一太陽能發電場內的多部太陽能發電設備的裝置容量及其發電量資訊，並導入虛擬日照量之公式進行估算處理，該估算虛擬日照量的方法至少包含下列步驟：首先建立一優良基準值步驟，係逐一計算該太陽能發電場的各個太陽能發電設備之發電量與其對應的裝置容量的比值，自其中選取最大之比值並乘以一風險水準係數，作為該優良基準值；其次篩選優良樣本步驟，由上述計算各太陽能發電設備的比值中選出大於或等於該優良基準值者，作為該優良樣本；進而估算該太陽能發電場的虛擬日照量步驟，其係依據所選之該些優良樣本，將其逐一代入該虛擬日照量之公式，並預設一PR期望值，進而估算出每個優良太陽能發電設備樣本的個別的虛擬日照量，並求出該些個別的虛擬日照量的算術平均數，得出該太陽能發電場的虛擬日照量。
在一實施例中，該虛擬日照量公式為：虛擬日照量=。
在一實施例中，該風險水準係數為90%~95%，該PR期望值為83%。
為達成上述太陽能發電場的警示系統，本發明提供的技術手段至少包括下列步驟：一擷取單元，係擷取該太陽能發電場內各個太陽能發電設備之發電量與其對應的裝置容量之原始資訊，得出擷取資訊；一分析單元，係接收該擷取單元之擷取資訊，計算各個太陽能發電設備的發電量及其所對應的裝置容量的比值資訊，自其中選取最大之比值並乘以一風險水準係數，作為優良基準值資訊；一篩選單元，係接收並根據該分析單元的判定，將各個太陽能發電設備的比值資訊與該優良基準值資訊比較，篩選出大於或等於該優良基準值之比值作為優良樣本資訊；一運算單元，係接收該篩選單元之優良樣本資訊，將篩選的優良樣本資訊代入一虛擬日照量公式並預設一PR期望值，以估算各個優良樣本相應的太陽能發電設備的虛擬日照量，計算該些虛擬日照量的算術平均數以得出該太陽能發電場的平均虛擬日照量資訊；以及一裝置監測單元，係接收並根據該運算單元之該平均虛擬日照量資訊，藉由該平均虛擬日照量資訊，計算各個太陽能發電設備的虛擬PR值，當任一之太陽能發電設備的虛擬PR值小於一裝置標準值時發出警示訊號。
在一實施例中，上述風險水準係數為90%，該PR期望值為83%，該裝置標準值為70%。
在一實施例中，該分析單元在判定該太陽能發電場的各個比值資訊中，當最大之比值不大於零時發出警示訊號。
在一實施例中，所述太陽能發電場的警示系統，更包括：一裝置異常單元，接收該篩選單元沒篩出的淘汰樣本，接收並根據該分析單 元判定的該比值資訊中最大之比值，並乘以一變異風險水準後作為一變異基準值，當該淘汰樣本中任一之太陽能發電設備的發電量與其對應的裝置容量的比值資訊小於該變異基準值時則發出警示訊號。其中該變異風險係數為70%。
所述太陽能發電場的警示系統，更包括：一系統監測單元，係接收並根據該平均虛擬日照量資訊，估算該太陽能發電場的系統虛擬PR值，當系統虛擬PR值小於一系統標準值時則發出警示訊號。其中該系統標準值可為70%。
為達成上述應用其他電場的虛擬日照量之太陽能發電場的警示系統，本發明提供的技術手段至少包括下列步驟：一擷取模組，係擷取一太陽能發電場內各個太陽能發電設備的發電量及其所對應的裝置容量的原始資訊，並擷取一日照量數據庫提供之依據前述之估算虛擬日照量的方法計算出的一鄰近虛擬日照量；一裝置監測模組，係接收並根據該鄰近虛擬日照量，估算各個太陽能發電設備的虛擬PR值，當任一之太陽能發電設備的虛擬PR值小於一裝置標準值時發出警示訊號；一系統監測模組，係接收並根據該鄰近虛擬日照量，估算該太陽能發電場的系統虛擬PR值，當系統虛擬PR值小於一系統標準值時則發出警示訊號。
在一實施例中，該PR期望值可為83%，該裝置標準值可為70%，且該系統標準值可為70%。
本發明的特點在於：本發明完全應用太陽能發電場運作時所產生的、與實體的日照計數值完全不相關的大數據資料，透過統計學及實務參數估算，而模擬出與實體日照計相似的虛擬日照計，該虛擬日照計算出的虛擬日照量與實體日照計所測得的日照量相差不大，因此應用此虛擬日照量估算技術的太陽能發電場可徹底排除因硬體設備老化、氣候不穩與器材校正之問題，業者可獲得零成本的虛擬日照計，並且不需再加裝任何感測器，進而業者可獲得相對客觀的PR指標。
10‧‧‧日照計
20‧‧‧太陽能發電場的警示系統
21‧‧‧擷取單元
211‧‧‧擷取資訊
22‧‧‧分析單元
221‧‧‧比值資訊
222‧‧‧優良基準值資訊
223‧‧‧警示訊號
23‧‧‧篩選單元
231‧‧‧優良樣本資訊
232‧‧‧淘汰樣本
24‧‧‧運算單元
241‧‧‧平均虛擬日照量資訊
25‧‧‧裝置監測單元
251‧‧‧警示訊號
26‧‧‧裝置異常單元
261‧‧‧警示訊號
27‧‧‧系統監測單元
271‧‧‧警示訊號
30‧‧‧太陽能發電場的警示系統
31‧‧‧擷取模組
311‧‧‧鄰近虛擬日照量
32‧‧‧裝置監測模組
321‧‧‧警示訊號
33‧‧‧系統監測模組
331‧‧‧警示訊號
步驟S10~步驟S12‧‧‧估算虛擬日照量的步驟
圖1為先前技術之日照計立體圖；圖2為本發明之估算虛擬日照量的方法的步驟流程圖；圖3為本發明之一太陽能發電場在一段時間的PR及虛擬PR的時間-百分比的2維座標圖；圖4為圖3之太陽能發電場在同一段時間的發電量與日照量的2維座標圖；圖5為本發明之太陽能發電場的警示系統的系統方塊圖；圖6為本發明之另一太陽能發電場的警示系統的系統方塊圖。
為讓本發明之上述目的、特徵和特點能更明顯易懂，茲配合圖式將本發明相關實施例詳細說明如下。
請參照圖2所示。本實施例之估算虛擬日照量的方法係適用於根據一太陽能發電場內的多部太陽能發電設備的裝置容量及其發電量資訊，並導入公式進行估算虛擬日照量，該估算虛擬日照量的方法至少包含下列步驟：
步驟S10，建立一太陽能發電設備之優良基準值步驟，係逐一計算該太陽能發電場的各個太陽能發電設備之發電量與其對應的裝置容量的比值(各個太陽能發電設備之發電量與其對應的裝置容量的比值，以下簡稱各太陽能發電設備的比值)，自其中選取最大之比值並乘以風險水準係數，作為該優良基準值，其演算公式(公式1)如下：GT=Max{(Eout i /Po i )}*[(1-α)*100%]，其中，GT為優良太陽能發電設備之基準值，Eout i 為第i台太陽能發電設備(如逆變器)的發電量，Po i 表示第i太陽能發電設備的裝置容量，i=1,2,..，[(1-α)*100%]表示風險水準係數。
步驟S11，篩選太陽能發電設備之優良樣本步驟，係計算每部太陽能發電設備的比值，並自其中選出大於或等於該太陽能發電設備之優良基準值者，作為該優良樣本，其演算公式(公式2)如下：,i=1,2,..，其中該GS i 為第i台篩選太陽能發電設備之優良樣本。
步驟S12，估算該太陽能發電場的虛擬日照量步驟，其係依據所選之該些優良樣本，將其逐一代入該虛擬日照量公式，並預設一PR期望值，進而估算出每個優良樣本的個別虛擬日照量，並求出該些個別虛擬日照量的算術平均數，得出該太陽能發電場的平均虛擬日照量，其演算公式(公式3)如下： 個數)，其中，PR i 為第i台太陽能發電設備的發電效率，i=1,2,..，，PR_exp為PR期望值，其係為該太陽能發電場永續發電之PR期望值，該VP i 為第i台太陽能發電設備的虛擬日照量。
在一實施例中，前述的太陽能發電設備，其發電量之風險水準係數為90%~95%，且該PR期望值為83%。
以下以一實施例中說明，如何估算太陽能發電場的虛擬日照量。在舉例來說，一太陽能發電場共有5部太陽能發電設備，其裝置容量皆為5kW，其發電量(單位：度)分別為10.2，10.5，8.5，10.7，9.6。根據上述公式1~3估算該太陽能發電場的虛擬日照量的方法之步驟如下：
首先是建立一太陽能發電設備之優良基準值步驟：依公式1，太陽能發電設備之優良基準值=Max{(發電量/裝置容量)}*[(1-0.05)*100%]=(10.7/5)*95%=2.033，其中，參考高斯分佈與發明人經驗，優良太陽能發電設備之風險水準係數 (1-α)*100%=95%。
其次為篩選太陽能發電設備之優良樣本步驟：該優良樣本係選自第1、2及4台太陽能發電設備，理由在於依公式2：(10.2/5)=2.04、(10.5/5)=2.1、(10.7/5)=2.14，大於或等於前述太陽能發電設備之優良基準值之2.033。
續為估算虛擬日照量步驟，依據公式3，代入公式估算該些優良樣本的虛擬日照量(根據發明人的經驗，設定該PR期望值為83%)：第1台太陽能發電設備之虛擬日照量為(10.2/5)/(83%/1000)=2458；第2台太陽能發電設備之虛擬日照量為(10.5/5)/(83%/1000)=2530；第4台太陽能發電設備之虛擬日照量為(10.7/5)/(83%/1000)=2578；因此本實施例之太陽能發電場的平均虛擬日照量=(2458+2530+2578)/3=2522。
當然，進一步地，使用者可將上述實施例之太陽能發電場的平均虛擬日照量提供至雲端設備上，供鄰近之其他太陽能發電場使用。
續請參見圖3、圖4所示。該實施例的太陽能發電場在監控管理的一段時間(2017年1月1日至2017年1月31日)中，根據記錄，此太陽能發電場的PR值發生巨變，惟經現場工程查明後發現應為日照計線路異常，且日照計也未進行校正，因此日照量會時而出現0%，時而出現接近100%，因此在導入本發明之虛擬日照計(量)估算方法後，可以得到客觀的虛擬PR值，有助於太陽能發電場的管理。
再請參見圖5所示。本發明之太陽能發電場的警示系統20，其包括：一擷取單元21，係擷取該太陽能發電場內各個太陽能發電設備之發電量與其對應的裝置容量之原始資訊，得出擷取資訊211；一分析單元22，係接收該擷取單元21之該擷取資訊211，計算各個太陽能發電設備的發電量及其所對應的裝置容量的比值資訊221，自該些比值資訊221中選取最大之比值並乘以風險水準係數，作為優良基準值 資訊222；一篩選單元23，係接收並根據該分析單元22的判定，將各個太陽能發電設備的比值資訊221與該優良基準值資訊222比較，篩選出大於或等於該優良基準值資訊222之比值作為優良樣本資訊231；一運算單元24，係接收該篩選單元23之該優良樣本資訊231，將篩選出的優良樣本資訊231代入前述虛擬日照量公式並預設PR期望值，以估算各個優良樣本相應的太陽能發電設備的虛擬日照量，計算該些虛擬日照量的算術平均數以得出該太陽能發電場的平均虛擬日照量資訊241；及一裝置監測單元25，係接收並根據該運算單元之該平均虛擬日照量資訊241，藉由該平均虛擬日照量資訊241，計算各個太陽能發電設備的虛擬PR值，當任一之太陽能發電設備的虛擬PR值小於一裝置標準值時發出警示訊號251，這表示有某個太陽能發電設備的虛擬PR值太低了，因此必需發出警示訊號251，提示系統管理者。
在一實施例中，上述該風險水準係數可為90%，該PR期望值可為83%，且該裝置標準值可為70%，但並不以此為限。
在一實施方式中，該分析單元22中，進一步地，當判定該太陽能發電設備的比值資訊221中最大之比值不大於零時發出警示訊號223，表示整個太陽能發電系統都不發電了，因此必需發出警示訊號，提醒系統管理者。
在一實施例中，上述的太陽能發電場的警示系統20，更包括：一裝置異常單元26，接收該篩選單元23沒篩出的淘汰樣本232，接收並根據該分析單元22判定的該太陽能發電設備的比值資訊221中最大之比值，並乘以一變異風險係數後作為一變異基準值，當該淘汰樣本232中任一之太陽能發電設備的發電量與其對應的裝置容量的比值資訊221小於該變異基準值時則發出警示訊號261，表示有太陽能發電設備的發電量與其他設 備差異過大之情形，此時必需發出警示訊號261。
在一實施例中，上述的太陽能發電場的警示系統，更包括：一系統監測單元27，係接收並根據太陽能發電場的平均虛擬日照量241，估算該太陽能發電場的系統虛擬PR值，當該系統虛擬PR值小於一系統標準值時則發出警示訊號271，該系統標準值例如可為70%，此時表示該太陽能發電系統的系統虛擬PR值過低了。
值得一提的是，上述警示訊號(223,251,261,271)可以視覺、聽覺或電子信息等方式或其組合的方式來呈現。
再請參照圖6所示。本發明之另一種太陽能發電場的警示系統30，主要為參考一太陽能發電場鄰近的其它太陽能發電場的平均虛擬日照量241(例如由前述估算平均虛擬日照量的方法計算得出)，其包括：一擷取模組31，係擷取一太陽能發電場內各個太陽能發電設備的發電量及其所對應的裝置容量的原始資訊(擷取資訊)，並擷取該太陽能發電場外之鄰近電場(即該太陽能發電場以外的鄰近電場)提供之依據前述估算平均虛擬日照量的方法計算出的鄰近虛擬日照量311，當然，該鄰近虛擬日照量的發電時間必需與待管理的太陽能發電場相對應；此外，更可包含一日照量數據庫(雲端資料庫)，該日照量數據庫是用以收集各個電場所得之日照量數據，故該擷取模組31也可由該日照量數據庫擷取最鄰近該電場之日照量來當作鄰近虛擬日照量311，在一些實施利中，更可將多個鄰近虛擬日照量計算平均以求更可靠的資訊。
一裝置監測模組32，係接收並根據該鄰近虛擬日照量估算各個太陽能發電設備的虛擬PR值，當任一之太陽能發電設備的虛擬PR值小於一裝置標準值(本實施例的裝置標準值可為70%)時發出警示訊號321；及一系統監測模組33，係接收並根據該鄰近虛擬日照量311估算該太陽能發電場的系統虛擬PR值，當系統虛擬PR值小於一系統標準值(本實施例之系統標準值可為70%)時則發出警示訊號331。同樣地，上述 警示訊號(321,331)可以視覺、聽覺或電子信息等方式或其組合的方式來呈現。
綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

Claims (11)

  1. 一種估算虛擬日照量的方法，適用於一太陽能發電場，該估算虛擬日照量的方法包含下列步驟：建立優良基準值步驟，係逐一計算該太陽能發電場的各個太陽能發電設備之發電量與其對應的裝置容量的比值，自其中選取最大之比值並乘以一風險水準係數，作為一優良基準值；篩選優良樣本步驟，由上述計算各太陽能發電設備的比值中選出大於或等於該優良基準值者，作為一優良樣本；以及估算該太陽能發電場的虛擬日照量步驟，其係依據所選之該些優良樣本，將其逐一代入一虛擬日照量公式，並預設一太陽能發電效率期望值，進而估算出各個優良樣本相應的太陽能發電設備的虛擬日照量，並求出該些虛擬日照量的算術平均數，得出該太陽能發電場的平均虛擬日照量，該虛擬日照量公式為：
  2. 如申請專利範圍第1項所述估算虛擬日照量的方法，其中，該風險水準係數為90%~95%，且該太陽能發電效率期望值為83%。
  3. 一種太陽能發電場的警示系統，其包含：一擷取單元，係擷取該太陽能發電場內各個太陽能發電設備之發電量與其對應的裝置容量之原始資訊，得出擷取資訊；一分析單元，係接收該擷取單元之擷取資訊，計算各個太陽能發電設備的發電量及其所對應的裝置容量的比值資訊，自其中選取最大之比值並乘以一風險水準係數，作為優良基準值資訊；一篩選單元，係接收並根據該分析單元的判定，將各個太陽能發電設備的比值資訊與該優良基準值資訊比較，篩選出大於或等於該優良基準值之比值作為優良樣本資訊； 一運算單元，係接收該篩選單元之該優良樣本資訊，將篩選出的優良樣本資訊代入一虛擬日照量公式並預設一太陽能發電效率期望值，以估算各個優良樣本相應的太陽能發電設備的虛擬日照量，計算該些虛擬日照量的算術平均數以得出該太陽能發電場的平均虛擬日照量資訊；以及一裝置監測單元，係接收並根據該運算單元之該平均虛擬日照量資訊，藉由該平均虛擬日照量資訊，計算各個太陽能發電設備的虛擬太陽能發電效率值，當任一之太陽能發電設備的虛擬太陽能發電效率值小於一裝置標準值時發出警示訊號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述太陽能發電場的警示系統，其中該風險水準係數為90%，該太陽能發電效率期望值為83%，且該裝置標準值為70%。
  5. 如申請專利範圍第3項所述太陽能發電場的警示系統，其中該分析單元在判定該太陽能發電場的各個比值資訊中，當最大之比值不大於零時發出警示訊號。
  6. 如申請專利範圍第3項所述太陽能發電場的警示系統，更包含：一裝置異常單元，接收該篩選單元沒篩出的淘汰樣本，接收並根據該分析單元判定的該比值資訊中最大之比值，並乘以一變異風險係數後作為一變異基準值，當該淘汰樣本中任一之太陽能發電設備的比值資訊小於該變異基準值時則發出警示訊號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述太陽能發電場的警示系統，其中該變異風險係數為70%。
  8. 如申請專利範圍第3項所述太陽能發電場的警示系統，更包含：一系統監測單元，係接收並根據該平均虛擬日照量資訊，估算該太陽能發電場的系統虛擬太陽能發電效率值，當該系統虛擬太陽能發電效率值小於一系統標準值時則發出警示訊號。
  9. 如申請專利範圍第8項所述太陽能發電場的警示系統，其中該系統標準值 為70%。
  10. 一種太陽能發電場的警示系統，其包含：一擷取模組，係擷取一太陽能發電場內各個太陽能發電設備的發電量及其所對應的裝置容量的原始資訊，並擷取一日照量數據庫提供之依據申請專利範圍第1項之估算平均虛擬日照量的方法計算出的一鄰近虛擬日照量；一裝置監測模組，係接收並根據該鄰近虛擬日照量，估算各個太陽能發電設備的虛擬太陽能發電效率值，當任一之太陽能發電設備的虛擬太陽能發電效率值小於一裝置標準值時發出警示訊號；以及一系統監測模組，係接收並根據該鄰近虛擬日照量，估算該太陽能發電場的系統虛擬太陽能發電效率值，當系統虛擬太陽能發電效率值小於一系統標準值時則發出警示訊號。
  11. 如申請專利範圍第10項所述太陽能發電場的警示系統，其中該太陽能發電效率期望值為83%，該裝置標準值為70%，且該系統標準值為70%。
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