TWI668955B

TWI668955B - Simulation performance detection method of solar photovoltaic module

Info

Publication number: TWI668955B
Application number: TW107133115A
Authority: TW
Inventors: 陳進雄; 林培欽; 來平顏; 蔣瑞康; 李金穎; 林獻章
Original assignee: 艾思特能源有限公司
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2019-08-11
Also published as: TW202013881A

Abstract

太陽能光電模組之模擬效能檢測方法係包含有：測量太陽能光電模組在實際使用條件下的實際發電效能之工序；依下列數式(A)計算該太陽能光電模組在該實際使用條件下的最佳發電效能之工序；Q_A=S×(F/1000)×[1-C×(T-T_S)]…數式(A)；依下列數式(B)計算該太陽能光電模組之實際發電效能與最佳發電效能的效能比率之工序；W_A=Q/Q_A…數式(B)；以及基於一修正表來針對不同光照強度修正該效能比率以模擬該太陽能光電模組在標準測試條件下之發電效能比率的工序。

其中，Q_A：實際使用條件下的最佳發電效能，S：額定功率，F：測量光照強度，C：功率溫度係數，T：實際溫度，T_S：標準溫度，W_A：太陽能光電模組之實際發電效能與最佳發電效能的效能比率，Q：實際發電效能。藉此，便能直接在檢測現場對太陽能光電模組進行效能測量並模擬在實驗室的標準條件下的測量結果，以符合經濟效益。

Description

太陽能光電模組之模擬效能檢測方法

本發明係關於一種太陽能光電模組之模擬效能檢測方法，尤其係指一種不需將檢測現場之太陽能光電模組拆卸回實驗室進行測試便能獲得等同於實驗室中測試結果之模擬效能檢測方法。

能源在人類生活中是一個重要的依存要素。人類的發展史上，無論何時都無法避免去思考如何地有效管理能源的使用。自工業革命以來，化石燃料(即石油)嚴然已成為人類主要能源的來源。然而，隨著石油資源逐漸耗盡、溫室效應所致氣候極端改變以及生態系統的失調，以致世界各國都積極發展替代能源，如太陽能、風能、地熱能、水力能等。其中，最受矚目的便是太陽能發電。由於太陽能發電具有不會枯竭、容易與建物結合等優點，再加上近年來半導體科技的長足進展等，都使得太陽能的光電轉換效能持續提升，故使得太陽能光電模組逐漸被廣泛應用。

但是，環境因素對於太陽能光電模組之發電效能影響甚大，例如，日夜、季節、氣候等因素均會對太陽能光電模組之發電效能造成極大的影響。另外，太陽能光電模組在正常使用的情況下，本身就會因器材使用年限的問題而使得發電效能逐漸下降。因此，對於太陽能光電模組之發電效能會造成影響者，除了上述環境因素外，太陽能光電模組本身因使用時間上的損耗亦會對其發電效能的下降帶來巨大的影響。

另外，所謂太陽能光電模組的發電效能的標準是在實驗室的環境下，以標準測試條件(例如25℃，大氣品質AM(Air Mass)1.5的標準光照條件)來進行測量，並以此發電效能來作為太陽能光電模組發電效能的標準，一般市面所謂的效能保證，便是採用此標準測試條件下所測得之發電效能為基準。但在對現場實際條件下進行太陽能光電模組的發電效能測量時，除環境因素外，為了判斷太陽能光電模組本身因使用時間上的損耗而使其發電效能下降之影響的情況，便需要把所欲測量的太陽能光電模組拆解後，再搬送至實驗室來進行標準測試條件下之測量。但此種方法不僅無效率，且由於拆解期間的太陽能光電模組無法進行發電，故亦相當不具經濟效益。

本發明人有鑑於上述需要，乃積極著手從事研究開發，以期可提供一種太陽能光電模組之模擬效能檢測方法，根據此方法，便能直接在現場對太陽能光電模組進行效能測量並模擬出在實驗室的標準條件下的測量結果，以符合經濟效益。經由不斷的試驗及努力，終於研發出本發明。

本發明之方法，係包含有：測量太陽能光電模組在實際使用條件下的實際發電效能之工序；依下列數式(A)計算該太陽能光電模組在該實際使用條件下的最佳發電效能之工序；Q_A=S×(F/1000)×[1-C×(T-T_S)]…數式(A)；依下列數式(B)計算該太陽能光電模組之實際發電效能與最佳發電效能的效能比率之工序；W_A=Q/Q_A…數式(B)；以及基於一修正表來針對不同光照強度修正該效能比率以模擬該太陽能光電模組在標準測試條件下之發電效能比率的工序；其中，Q_A：實際使用條件下的最佳發電效能，S：額定功率，F：測量光照強度，C：功率溫度係數，T：實際溫度，T_S：標準溫度；W_A：太陽能光電模組之實際發電效能與最佳發電效能的效能比率，Q：實際發電效能。

前述之方法中，該修正表係以下述步驟來加以製作：步驟1：測量該太陽能光電模組在不同光照強度的標準測試條件下的實際發電效能；步驟2：依數式(C)計算該太陽能光電模組在不同光照強度的標準測試條件下的最佳發電效能；Q_B=S×(F/1000)…數式(C)；步驟3：依數式(D)分別計算該太陽能光電模組在不同光照強度的標準測試條件下的實際發電效能與該太陽能光電模組在標準測試條件下的最佳發電效能的效能比率；W_B=Q_C/Q_B…數式(D)；以及步驟4：以該步驟3所計算出的效能比率相對於不同光照強度來製表；其中，Q_B：標準測試條件下的最佳發電效能，W_B：標準測試條件下的實際發電效能與太陽能光電模組在標準測試條件下的最佳發電效能的效能比率，Q_C：標準測試條件下的實際發電效能。

前述之方法中，該步驟4係以該步驟3所計算出的各效能比率所呈現出之固定斜率之線性關係來計算出欲求得之該太陽能光電模組的光照強度的效能比率。

前述之方法中，該步驟4係以欲求得之該太陽能光電模組的光照強度的效能比率與最鄰近該效能比率之以該步驟3所計算出的2個效能比率所呈現之線性關係來計算出該欲求得之該太陽能光電模組的光照強度的效能比率。

根據本發明之方法，便能直接在現場對太陽能光電模組進行效能測量並模擬在實驗室的標準條件下的測量結果，以符合經濟效益。

Q_B、QA‧‧‧最佳發電效能

Q_C‧‧‧實際發電效能的測量值

Q‧‧‧實際發電效能

W_B%、W_A%、W_f%‧‧‧效能百分比

S‧‧‧額定功率

F‧‧‧測量光照強度

C‧‧‧功率溫度係數

T‧‧‧實際溫度

T_S‧‧‧標準溫度

圖1係用以說明本發明太陽能光電模組之模擬效能檢測方法的工序圖。

圖2係用以說明製作修正表之步驟的圖式。

以下，便參照圖1至圖2就本發明太陽能光電模組之模擬效能檢測方法來加以說明。圖1係用以說明本發明太陽能光電模組之模擬效能檢測方法的工序圖。圖2係用以說明製作修正表之步驟的圖式。另外，以下便就本發明所使用的符號進行說明。以下所說明之符號係適用於本發明全部內容。

Q：在實際使用條件下的實際發電效能；Q_A：實際使用條件下的最佳發電效能；W_A：太陽能光電模組之實際發電效能與最佳發電效能的效能比率；W_A%：W_A之效能百分比；W_f%：模擬標準測試條件下之發電效能百分比；Q_B：在標準測試條件下的最佳發電效能；Q_C：在標準測試條件下的實際發電效能；W_B：太陽能光電模組在不同光照強度的標準測試條件下的實際發電效能與該太陽能光電模組在標準測試條件下的最佳發電效能的效能比率；W_B%：W_B之效能百分比；E：效能百分比修正值；S：額定功率；F：測量光照強度；C：功率溫度係數；T：實際溫度；T_S：標準溫度。

另外，本發明中之Q_？、Q_A？、Q_B？、Q_C？、W_A？、W_A%？、W_B？、W_B%？、W_f%、E_？中之？為日照強度之數值，該等符號係表示在？所示的日照強度之數值下的該參數的數值(例如Q₁₀₀為日照強度為100W/m²下的實際發電效能之數值)。

首先，便參照圖1，來說明本發明太陽能光電模組效能檢測之模擬方法。

本發明之方法，係包含有：測量太陽能光電模組在實際使用條件下的實際發電效能Q之工序S101；依下列數式(A)計算該太陽能光電模組在該實際使用條件下的最佳發電效能Q_A之工序S102；Q_A=S×(F/1000)×[1-C×(T-T_S)]…數式(A)；依下列數式(B)計算該太陽能光電模組之實際發電效能與最佳發電效能的效能比率W_A之工序S103；W_A=Q/Q_A…數式(B)；以及基於一修正表來就各光照強度修正該效能比率W_A以模擬該太陽能光電模組在標準測試條件下之發電效能比率的工序S104。

接著，就本發明方法之各工序加以詳細說明。

該工序S101中係測量太陽能光電模組在實際使用條件下的實際發電效能Q。具體而言，操作者可在任何太陽能光電模組的設置場所來對該太陽能光電模組進行測量，所需要測量的數據包含有設置場所之溫度、光照強度以及太陽能光電模組之發電效能。例如，在上午時分對額定功率250W的太陽能光電模組進行測量，而得到設置場所之溫度為20℃，光照強度為100W/m²，太陽能光電模組之發電效能Q₁₀₀為25W的測量結果；在中午時分對太陽能光電模組進行測量，而得到設置場所之溫度為40℃，光照強度為600W/m²，太陽能光電模組之發電效能Q₆₀₀為150W的測量結果，在下午時分對太陽能光電模組進行測量，而得到設置場所之溫度為60℃，光照強度為1200W/m²，太陽能光電模組之發電效能Q₁₂₀₀為240W的測量結果。

接著，該工序S102中係依上述數式(A)計算太陽能光電模組在實際使用條件下的最佳發電效能Q_A，其中功率溫度係數C為既定值0.005，此數值為標準測試條件25℃，AM1.5下的數值，標準溫度T_S為25℃。例如，基於此數式(A)，便可分別得到該太陽能光電模組在上述3個條件下之最佳發電效能為：Q_A100=250×(100/1000)×[1-0.005×(20-25)]=25.625W；Q_A600=250×(600/1000)×[1-0.005×(40-25)]=138.75W；Q_A1200=250×(1200/1000)×[1-0.005×(60-25)]=247.5W。

接著，該工序S103中依上述數式(B)計算該太陽能光電模組在上述各條件下之實際發電效能Q與最佳發電效能Q_A的效能比率W_A。基於上述數式(B)，便可得到：W_A100=Q₁₀₀/Q_A100=25/25.625=0.9756；W_A600=Q₆₀₀/Q_A600=150/138.75=1.081；W_A1200=Q₁₂₀₀/Q_A1200=240/247.5=0.969；換算為效能百分比W_A%則分別為97.56%、100.81%、96.9%。

最後，該工序S104中係基於一修正表來就各光照強度修正效能百分比W_A%以模擬該太陽能光電模組在標準測試條件下之發電效能百分比W_f%。雖然基於此數式(A)所計算出之實際條件下的最佳發電效能Q_A已經是相當於在標準條件下所得到發電效能(例如，數式(A)中之功率溫度係數C為標準測試條件25℃，AM1.5下的數值，T_S為25℃，數式(A)中之1000為基準光照強度等)，且效能比率W_A亦是基於此最佳發電效能Q_A及實際發電效能Q所得到之比率，但實際上就算是在實驗室的標準測試條件下，還是因為太陽能光電模組因使用時間導致太陽能光電模組損耗而影響到發電效能之故，而使實際發電效能Q_C與最佳發電效能Q_B仍有不一致的情況產生。由上述可知，就算是依據相當於標準條件下所得到最佳發電效能Q_A，仍存在有上述太陽能光電模組因時間損耗所致的誤差，故還是需要以在標準測試條件下所製得之修正表來對所算出之效能百分比進行修正。從而，便進行下述修正表之製作。

接著，便參照圖2及下述表1及表2，就本發明方法中所使用的修正表之製作方法來加以說明。表1係光照強度相對於效能百分比之對應表。表2係修正表一範例。

如圖2所示，本發明太陽能光電模組之模擬效能檢測方法中所使用的修正表係以下述步驟來加以製作：步驟1：測量太陽能光電模組在不同光照強度的標準測試條件下的實際發電效能Q_C；步驟2：依數式(C)計算該太陽能光電模組在不同光照強度的標準測試條件下的最佳發電效能Q_B；Q_B=S×(F/1000)…數式(C)；步驟3：依數式(D)分別計算該太陽能光電模組在不同光照強度的標準測試條件下的實際發電效能Q_C與該太陽能光電模組在標準測試條件下的最佳發電效能Q_B的效能比率W_B；W_B=Q_C/Q_B…數式(D)；以及步驟4：以該步驟3所計算出的效能比率相對於不同光照強度來製表。

以下，便就各步驟之細節來加以說明。

該步驟1中係針對太陽能光電模組來測量在不同光照強度的標準測試條件下之實際發電效能。例如，在標準測試條件下(例如25℃，大氣品質AM1.5)，針對額定功率為250W之太陽能光電模組進行不同光照強度(例如200W/m²、400W/m²、800W/m²)的測量，而得到標準測試條件下之實際發電效能的測量值Q_C(例如Q_C200=50W、Q_C400=95W、Q_C800=170W)。

再來，該步驟2中係依上述數式(C)計算該太陽能光電模組在不同光照強度的標準測試條件下的最佳發電效能Q_B。由此數式(C)，便可得到例如額定功率為250W之太陽能光電模組在不同光照強度(例如200W/m²、400W/m²、800W/m²)的最佳發電效能Q_B，例如Q_B200=250×(200/1000)=50W，Q_B400=250×(400/1000)=100W，Q_B800=250×(800/1000)=200W。

再來，該步驟3中係依上述數式(D)分別計算該太陽能光電模組在不同光照強度的標準測試條件下的實際發電效能Q_C與該太陽能光電模組在標準測試條件下的最佳發電效能Q_B的效能比率W_B。

由此數式(D)，便可得到該太陽能光電模組在不同光照強度的標準測試條件下之實際發電效能Q_C與最佳發電效能Q_B的效能比率W_B，例如，W_B200=Q_C200/Q_B200=50/50=1，W_B400=Q_C400/Q_B400=95/100=0.95，W_B800=Q_C800/Q_B800=170/200=0.85，換算為效能百分比W_B%即為100%、95%、85%。

最後，該步驟4中係以該步驟3所計算出之效能百分比W_B%針對不同光照強度來製作表1。

基於表1的數據，由於光照強度與效能百分比W_B%200、W_B%400、 W_B%800呈現出具有依序遞減的關係(例如，每提升200W/m²光照強度便降低5%效能百分比的關係)，因此應可推出W_B%1000(即光照強度為1000W/m²)為80%。由於光照強度1000W/m²即為額定功率測量時的基準光照強度，故便以基準光照強度1000W/m²的修正值為0之基準來製作修正表。具體而言，係將W_B%1000的80%視為修正值0，而將其他不同光照強度所對應之效能百分比同減去80%，便會得到太陽能光電模組在不同光照強度下之效能百分比修正值E，並製作出表2之修正表。例如，太陽能光電模組在光照強度為200W/m²、400W/m²、800W/m²時所對應之效能百分比修正值E為E₂₀₀=20%、E₄₀₀=15%、E₈₀₀=5%。

另外，由於表1中，W_B%200、W_B%400、W_B%800呈現出依序遞減的關係，故其他未實際測量的不同光照強度之效能百分比修正值E皆可依據此關係來推算。例如，太陽能光電模組在光照強度為600W/m²的情況，由於光照強度400W/m²與800W/m²所對應之效能百分比W_B%為95%、85%，故可推出600W/m²所對應之效能百分比W_B%為90%，而在表2修正表中所對應之效能百分比修正值E₆₀₀為10%。另外，在光照強度低於基準光照強度(1000W/m²)的情況下，效能百分比修正值E為正值，而在高於基準光照強度的情況下則為負值。

回到上述實際條件下所算出之效能百分比為例，便可利用上述表2所得到之修正表，來對效能百分比進行修正。具體而言，修正表中對應於光照強度100W/m²、600W/m²、1200W/m²的效能百分比修正值E分別為22.5%、10%、-5%，故基於下述數式(E)來修正效能百分比W_A%，以可得到模擬標準測試條件下之發電效能百分比W_f%：W_f%=W_A%-E…數式(E)。

W_f%100=W_A%100-E₁₀₀=97.56%-22.5%=75.06%；W_f%600=W_A%600-E₆₀₀=100.81%-10%=90.81%；W_f%1200=W_A%1200-E₁₂₀₀=96.9%-(-5%)=101.9%。

此W_f%100、W_f%600、W_f%1200即為該太陽能光電模組在實際條件下模擬標準測試條件之發電效能百分比。藉此，便能直接在設置場所對太陽能光電模組進行發電效能測量並模擬其在實驗室標準條件下的測量結果。

以下，便參照圖2及表三、表四，就製作修正表另一範例來加以說明。

。首先，參看圖2，該步驟1係針對太陽能光電模組來測量在不同光照強度的標準測試條件下之實際發電效能。例如，在標準測試條件下，針對額定功率為250W之太陽能光電模組進行不同光照強度(例如200W/m²、400W/m²、600W/m²、800W/m²、1000W/m²)的測量，而得到標準測試條件下之實際發電效能的測量值Q_C，例如Q_C200=50W、Q_C400=95W、Q_C600=160W、Q_C800=200W、Q_C1000=230W。

再來，該步驟2係依上述數式(C)計算該太陽能光電模組在不同光照強度的標準測試條件下的最佳發電效能Q_B。由此數式(C)，便可得到例如額定功率為250W之太陽能光電模組在不同光照強度(例如200W/m²、400W/m²、600W/m²、800W/m²、1000W/m²)的最佳發電效能Q_B，例如Q_B200=50W，Q_B400=100W，Q_B600=150W，Q_B800=200W，Q_B1000=250W。

再來，該步驟3中係依上述數式(D)分別計算該太陽能光電模組在不同光照強度的標準測試條件下的實際發電效能比率W_B，由此數式(D)，便可得到該太陽能光電模組在不同光照強度的標準測試條件下的效能比率W_B，例如，W_B200=50/50=1，W_B400=95/100=0.95，W_B600=160/150=1.067，W_B800=200/200=1，W_B1000=230/250=0.92，換算為效能百分比W_B%即為100%、95%、106.67%、100%、92%。

最後，該步驟4中係以該步驟3所計算出之效能百分比W_B%針對不同光照強度來製作表3。

如上述實施例之表1所說明般，因為作為基準光照強度的W_B%1000之數值為92%，故便直接將其他不同光照強度的W_B%值同減去92%，便可得到太陽能光電模組在不同光照強度的標準測試條件下的效能百分比修正值E，並製作出表4之修正表。例如，太陽能光電模組在光照強度為200W/m²、400W/m²、600W/m²、800W/m²所對應之效能百分比修正值E為E₂₀₀=8%、E₄₀₀=3%、E₆₀₀=15%、E₈₀₀=8%。基於表3的顯示，由於表3中之各效能百分比W_B%所構成之關係並不若表1所呈現之具有依序遞減的關係，故關於其他未對太陽能光電模組進行實際測量的光照強度之效能百分比修正值E_？，則以欲求得之太陽能光電模組的光照強度的效能百分比W_B%？與最鄰近該效能百分比W_B%？之2個已實際測量之光照強度的效能百分比W_B%所呈現之線性關係來加以推算。例如，在欲求得太陽能光電模組在光照強度為300W/m²的效能百分比修正值E_？之情況，由於最鄰近於光照強度300W/m²的2個已實際測量之光照強度為200W/m²、400W/m²，而該2個光照強度之效能百分比W_B%值分別為100%及95%，故可推算出光照強度為300W/m²的效能百分比W_B%？值為97.5%，而可推出光照強度為300W/m²的效能百分比修正值E_？值為97.5%-92%=5.5%。另外，關於其他未實際測量之光照強度的效能百分比修正值E_？值係以此方式來加以推算，而製作出表4之修正表。

由上述，即便太陽能光電模組面板在標準條件下的各光照強度所對應之效能百分比未呈現出如表1所示般之固定斜率的線性關係，仍可以上述方式來製作出修正表，並以該修正表來修正實際條件下所計算出之效能百分比W_A%。

以上雖已參照圖式來詳細說明本發明較佳實施形態，但本發明不限於上述實施形態。本發明所述技術領域中具通常知識者應當可在申請專利範圍所記載之範圍內做各種變化，且可明瞭該等當然亦屬於本發明之技術範圍。

根據本發明之太陽能光電模組之模擬效能檢測方法，便能直接在設置場所對太陽能光電模組進行效能測量並直接模擬在實驗室的標準條件下之測量結果，故不須將太陽能光電模組拆卸至實驗室進行測量而能符合經濟效益。

Claims

一種太陽能光電模組之模擬效能檢測方法，係包含有：測量太陽能光電模組在實際使用條件下的實際發電效能之工序；依下列數式(A)計算該太陽能光電模組在該實際使用條件下的最佳發電效能之工序；Q_A=S×(F/1000)×[1-C×(T-T_S)]…數式(A)；依下列數式(B)計算該太陽能光電模組之實際發電效能與最佳發電效能的效能比率之工序；W_A=Q/Q_A…數式(B)；以及基於一修正表來針對不同光照強度修正該效能比率以模擬該太陽能光電模組在標準測試條件下之發電效能比率的工序；其中，Q_A：實際使用條件下的最佳發電效能，S：額定功率，F：測量光照強度，C：功率溫度係數，T：實際溫度，T_S：標準溫度，W_A：太陽能光電模組之實際發電效能與最佳發電效能的效能比率，Q：實際發電效能。
如申請專利範圍第1項之太陽能光電模組之模擬效能檢測方法，其中該修正表係以下述步驟來加以製作：步驟1：測量該太陽能光電模組在不同光照強度的標準測試條件下的實際發電效能；步驟2：依數式(C)計算該太陽能光電模組在不同光照強度的標準測試條件下的最佳發電效能；Q_B=S×(F/1000)…數式(C)；步驟3：依數式(D)分別計算該太陽能光電模組在不同光照強度的標準測試條件下的實際發電效能與該太陽能光電模組在標準測試條件下的最佳發電效能的效能比率；W_B=Q_C/Q_B…數式(D)；以及步驟4：以該步驟3所計算出的效能比率相對於不同光照強度來製表；其中，Q_B：準測試條件下的最佳發電效能，W_B：標準測試條件下的實際發電效能與太陽能光電模組在標準測試條件下的最佳發電效能的效能比率，Q_C：標準測試條件下的實際發電效能。
如申請專利範圍第2項之太陽能光電模組之模擬效能檢測方法，其中該步驟4係以該步驟3所計算出的各效能比率所呈現出之固定斜率之線性關係來計算出欲求得之該太陽能光電模組的光照強度的效能比率。
如申請專利範圍第2項之太陽能光電模組之模擬效能檢測方法，其中該步驟4係以欲求得之該太陽能光電模組的光照強度的效能比率與最鄰近該效能比率之以該步驟3所計算出的2個效能比率所呈現之線性關係來計算出該欲求得之該太陽能光電模組的光照強度的效能比率。
如申請專利範圍第1至4項中任一項之太陽能光電模組之模擬效能檢測方法，其中該各效能比率係換算成效能百分比來加以計算。
如申請專利範圍第5項之太陽能光電模組之模擬效能檢測方法，其中該基於一修正表來模擬該太陽能光電模組在標準測試條件下之發電效能比率的工序中，係基於下述數式(E)來修正效能百分比，以得到模擬標準測試條件下之發電效能百分比：W_f%=W_A%-E…數式(E)其中，E係太陽能光電模組在不同光照強度下之效能百分比修正值，W_A%係效能百分比，W_f%係模擬標準測試條件下之發電效能百分比。