TWI788513B - 太陽能模組 - Google Patents

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TWI788513B TW108102937A TW108102937A TWI788513B TW I788513 B TWI788513 B TW I788513B TW 108102937 A TW108102937 A TW 108102937A TW 108102937 A TW108102937 A TW 108102937A TW I788513 B TWI788513 B TW I788513B
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鎌田宏之
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日商新能源創造股份有限公司
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Abstract

本發明係進行基於與太陽能模組之發電狀況及場地位置之環境相關之各種資訊之劣化傾向或故障原因之分析，而可利用分析結果以進行每一模組之切離，並儲存模組之運轉歷程之分析資料，藉此，可預測該模組之更換時期。
於以外框7、8單板狀地保持太陽能陣列2之太陽能模組1，設置有複數個感測器18，該等感測器18具有檢測每一該模組之發電資料之檢測功能，並且對舖設有太陽能串列之發電地點之場地位置中之太陽能模組1之設置角度或溫度、照度等各種環境資料進行檢測。

Description

太陽能模組
本發明係關於一種太陽能模組，尤其關於一種對應於自身之運轉特性變化或設置環境之變化，管理構成太陽能發電地點之太陽能模組各自之運轉狀態，使太陽能發電系統整體能夠高效運用之太陽能模組。
太陽能發電(太陽光發電，Photo Voltaic：PV)系統係將串列連接多個太陽能電池(solar cell，太陽電池組)之太陽能模組(亦稱為太陽能板)並列連接，並將作為一片施工單位之單元即太陽能串列展開鋪設於發電地點而構成。亦將多個太陽能串列排列而成之狀態稱為太陽能陣列。作為發電地點，從使用獨棟住宅或集合住宅之屋頂等之小規模系統至亦稱為所謂大型太陽能發電設施(Mega Solar)之大規模系統，已知有多種多樣發電容量之各種系統。
太陽能串列之發電輸出被入射之光強度或外部大氣溫度等環境條件、太陽能模組自身之溫度等大幅地左右。於因構成太陽能串列之一個太陽能模組之故障(發電能力低下、破損等)而導致未能獲得既定之輸出之情形時，將該模組自串列切離，以剩餘之太陽能模組繼續進行發電，藉此，便可不使發電量大幅下降地繼續進行發電。因此，於監視模組之狀態而偵測到異常之情形時，必須分析該異常之內容，進行異常產生模組之切離等最佳應對。再者， 為便於說明，亦存在將上述術語簡稱為串列、模組、電池之情形。
作為揭示有與太陽光發電系統之診斷技術等相關之習知技術者，可列舉專利文獻1、專利文獻2、專利文獻3等。專利文獻1揭示有如下故障診斷方法，該故障診斷方法係藉由測定響應於輸入至太陽能陣列或太陽能串列之端子與接地間之測定信號之觀測信號之時間或觀測信號波形，而容易地特定故障位置或故障種類。
專利文獻2係對已設置之太陽能陣列施加輸入信號，於實測部獲得實測信號，並且在已假設太陽能陣列之故障部位之基礎上，對於模仿設置環境中之該陣列而決定之虛擬模型，施加同一輸入信號，進行模擬並獲得虛擬輸出信號。繼而，揭示了一種方法，其將實測信號與虛擬輸出信號進行比較，根據其比較結果算出適配率，若適配率為既定值以上，則推定假設之故障部位為太陽能陣列之故障部位。
專利文獻3揭示有如下太陽能陣列之檢查裝置，該太陽能陣列之檢查裝置具有包含切換部、檢查實施部及控制部之檢查單元，且設為可將複數個串列與電源調節器間之電纜接點由常時閉合切換為斷開，而檢查實施部設為可對串列施加輸入信號，並且可對作為來自該串列之響應之輸出信號進行實測。控制部於檢查開始條件滿足時，使切換部進行切換動作，其後使檢查實施部實施檢查，將輸入信號與輸出信號作為檢查資料進行比較，判別有無串列之故障及其他異常，而獲得檢查結果。繼而，於經過既定時間後，重新偵測到1個異常之情形時，判定為故障，於經過既定時間後，重新偵測到複數個斷線之情形時，判定為失竊。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2009-21341號公報
[專利文獻2]日本專利特開2011-35000號公報
[專利文獻3]日本專利特開2013-251581號公報
基本而言，習知之太陽光發電系統中之模組異常之監視、診斷係監視輸出端中測定之電流與電壓而進行者，故而，雖可檢測將例如10片左右之太陽能模組串列地連接而成之太陽能串列之異常狀態(發電能力之劣化或功能停止即故障)，但要特定出構成串列之各個模組之異常或故障之種類並不容易。
為了縮短用於處置構成發電系統之模組之故障或發電性能之劣化造成之輸出低下、因外在原因(舖設環境之變化)造成之輸出之低下或停止所需之發電系統之運行停止時間，而更加增大作為發電系統整體之發電能力與運行效率，時常監視太陽能模組之運轉狀態而進行其之發電性能與故障診斷為必須且不可缺少者。
本發明之目的在於提供一種太陽能模組進行基於與太陽能模組各自之發電狀況及舖設之場地位置之環境相關之各種資訊之劣化傾向或故障原因之分析，而可藉由該分析結果以進行每一模組之切離，或是偵測因故意或自然災害造成之衝擊或破損等突發性事件，藉由儲存太陽能模組之運轉歷程之分析資料而可預測該模組之更換時期。
為達成上述目的，本發明係於太陽能模組之各者設置有複數個感測器，該等感測器具有檢測每一該模組之發電資料之檢測功能，並且對舖設有串列之地點之場地位置中之太陽能模組之設置角度或溫度等資料及該地點中之各種環境資料進行檢測。本發明之代表性構成如下所述。
(1).一種太陽能模組，其係構成太陽能發電地點中之太陽能串列者，且該太陽能發電地點具有配置多個上述太陽能串列而成之太陽能陣列、及用以將上述太陽能陣列之DC電力轉換為AC電力而供給至所利用機器之電源調節器，上述太陽能模組係排列複數個太陽能電池而構成，且具有單板狀地支撐上述太陽能電池之排列之外框，於上述太陽能模組之太陽光照射面之相反側具有設置於上述外框之1個或複數個附加功能收容構件，上述附加功能收容構件具備：端子連接部，其係用以連接上述太陽能串列內之太陽能模組之輸出端子彼此，而連接於構成上述太陽能串列之其他太陽能串列之輸出端子；及感測器收容部，其係包括檢測每一個上述太陽能串列之發電資訊之發電資訊感測器及檢測環境資訊之環境資訊感測器。
(2).於如(1)中之上述端子連接部具有阻止電流自其他太陽能模組流入之防逆流二極體、及用以將該太陽能模組根據其功能劣化而自上述太陽能串列之輸出線切離之旁通二極體。
(3).如(1)或(2)中之上述感測器收容部中收容之發電資訊感測器係由電流計及電壓計所構成。
(4).如(1)至(3)任一項中之上述感測器收容部中收容之環境資訊感測器係由包含氣壓感測器、溫度感測器、濕度感測 器、照度(受光量)感測器、仰角感測器、水平角感測器、及加速度感測器等，且視需要由包含GPS(Global Positioning System，全球定位系統)之環境參數偵測感測器群所構成。
(5).於如(1)至(4)任一項中之上述附加功能收容構件具有最佳化器(Optimizer)收容部。
(6).如(1)至(4)任一項中之上述附加功能收容構件係收納上述端子連接部及上述感測器收容部之單一之箱體。
(7).如(5)中之上述最佳化器收容部係與上述端子連接部及上述感測器收容部一同地收納於上述附加功能收容構件。
(8).如(5)中之上述最佳化器收容部係收納於與上述端子連接部及上述感測器收容部不同之附加功能收容構件。
(9).如(6)中之上述端子連接部與上述感測器收容部收納於不同之附加功能收容構件。
(10).如(1)中之上述附加功能收容構件係固定於上述太陽能模組之外框。
再者，毋庸置疑地，本發明不限定於上述構成及下述實施之對應所記載之構成，只要不脫離本發明之技術思想範圍，便可進行各種變更。本發明之最大特徵在於對太陽能模組設置各種感測器之方面。
根據本發明，藉由設置原本即可檢測太陽能模組之發電能力之變化之各種感測器，且該等感測器還能於太陽光發電地點之場地位置(設置場所)檢測特有之外在條件之變化(環境變化)，藉此，監視、診斷太陽能模組之層級之運轉狀態，視需要地將診斷為 故障之太陽能模組自太陽能串列切離。進而，可對每一模組特定出因故意或自然災害造成之模組之破壞或故障，而採取必要之處置。
藉此，可藉由僅將發電能力低於已設定之值之太陽能模組自太陽能串列切離，而將正常之太陽能模組繼續用於發電，從而可實現太陽能串列之運轉效率、乃至太陽能陣列整體之高效運轉。
1‧‧‧太陽能模組
2‧‧‧電池陣列
3‧‧‧前板
4‧‧‧後板
5‧‧‧太陽能電池
6‧‧‧密封材
7‧‧‧第1框架(外框)
8‧‧‧第2框架(外框)
9‧‧‧附加功能收容構件
10‧‧‧托架
11‧‧‧螺釘
12‧‧‧輸出線
13‧‧‧監視/控制線
14‧‧‧端子連接部
15‧‧‧最佳化器收容部
16‧‧‧感測器收容部
17‧‧‧最佳化器
18(18a~18j)‧‧‧感測器(群)；環境資訊感測器
18a‧‧‧氣壓感測器
18b‧‧‧溫度感測器
18c‧‧‧濕度感測器
18d‧‧‧照度感測器(受光量感測器)
18e‧‧‧仰角感測器
18f‧‧‧水平角感測器
18g‧‧‧加速度感測器(振動感測器)
18h‧‧‧電流感測器(電流計)
18i‧‧‧電壓感測器(電壓計)
18j‧‧‧GPS
19‧‧‧感測器資料運算單元
21‧‧‧電源調節器
22‧‧‧中心地點
D1‧‧‧防逆流二極體
D2‧‧‧旁通二極體
圖1係本發明之太陽能模組之1個實施例之說明圖，本圖(a)為受光面之俯視圖，本圖(b)為沿本圖(a)之A-A線之剖面圖與主要部分放大剖面圖。
圖2係對本發明之太陽能模組之背面上設置之附加功能收容構件之安裝構造例進行說明之局部圖。
圖3係對圖2所示之附加功能收容構件中收容之附加功能之配置例進行說明之示意圖。
圖4係使用本發明之太陽能模組之太陽能發電系統之概略說明圖。
以下，參照實施例之圖式，對本發明之太陽能模組之較佳實施形態詳細地進行說明。
[實施例1]
圖1係本發明之太陽能模組之1個實施例之說明圖，本圖(a)為受光面(太陽光照射面)之俯視圖，本圖(b)為沿本圖(a)之A-A線之剖面圖與主要部分放大剖面圖。太陽能發電地點係如圖4 中隨後所述具有配置多個太陽能串列而成之太陽能陣列、及用以將太陽能陣列之DC電力轉換為AC電力而供給至所利用機器或系統之電源調節器。
圖2係對本發明之太陽能模組之背面上設置之附加功能收容構件之安裝構造例進行說明之局部圖，圖3係對圖2所示之附加功能收容構件中收容之附加功能之配置例進行說明之示意圖，而且，圖4係使用本發明之太陽能模組之太陽能發電系統之概略說明圖。
太陽能發電地點中之上述太陽能串係由複數個太陽能模組1所構成。太陽能模組係由排列複數個太陽能電池5而成之電池陣列2所構成。太陽能模組1具有單板狀地支撐太陽能電池5之排列之外框。圖1(a)所示之太陽能模組1係俯視為矩形，且由一對第1框架7與一對第2框架8所構成。於圖1中，第1框架7為短邊，第2框架8為長邊。
電池陣列2如圖1(b)中放大圖所示，藉由在前板3與後板4之間被以密封材6密封之太陽能電池5所構成，其中，前板3與後板4較佳為透明之強化玻璃。
如圖1(b)所示，於太陽能模組1之太陽光照射面之相反側(背面)，具有安裝於上述外框之附加功能收容構件9。該構成例中，附加功能收容構件9為一個，但亦可進而配置1個或複數個使收容內容不同而獨立之其他附加功能收容構件，但此處以一個進行說明。自附加功能收容構件9拉出有擷取發電輸出之輸出線12、及監視/控制線13。
圖2所示之附加功能收容構件9係利用托架10由螺 釘11固定於第1框架7之內側。於圖中，符號12表示電力輸出線，13表示監視/控制線。
於圖3中，附加功能收容構件9具備：端子連接部14，其係用以將太陽能串列內之太陽能模組1之輸出端子彼此連接，且連接於構成太陽能串列之其他太陽能串列之輸出端子；及感測器收容部16，其包括檢測每一太陽能串列之發電資訊之發電資訊感測器或檢測各種環境資訊之複數個環境資訊感測器18a~18j…。
又，於端子連接部14，具有阻止電流自其他太陽能模組流入之防逆流二極體D1、及用以使該太陽能模組相應於其功能劣化而自太陽能串列之輸出線切離之旁通二極體D2。
順便而言，設置於感測器收容部16之感測器係例如氣壓感測器18a、溫度感測器18b、濕度感測器18c、照度感測器(受光量感測器)18d、仰角感測器18e、水平角感測器18f、加速度感測器(振動感測器)18g、電流感測器18h、及電壓感測器18i。又，較理想為設置GPS18j。亦可於GPS18j或感測器收容部16搭載發送電路與天線及電池，將太陽能模組之位置資訊與模組自身之ID一同地進行無線發送。
再者，感測器收容部16中收容之發電資訊感測器係由電流感測器(電流計)18h與電壓感測器(電壓計)18i所構成。又，檢測太陽能模組之溫度之感測器或檢測振動之加速度計等感測器，
於感測器收容部16中具有感測器資料運算單元19，將感測器18a~18i之檢測資料編碼，並視需要將GPS18j之資料編碼，送出至監視/控制線13。監視/控制線13係傳送至圖4所示之中心地點22，用於太陽能模組之監視與控制，且作為運行歷程而儲 存。可基於該資料，進行太陽能模組之劣化程度或更換時期之判定。再者，該等資料之傳送較理想為以所謂之使用輸出線12之PLC(Programmable Logic Controller，可程式化邏輯控制器)進行。
於該構成例中，於附加功能收容構件9具有最佳化器收容部15。最佳化器17係用以將變動較大之太陽能發電之輸出最佳化，獲得穩定之發電電力之手段。亦可將以感測器群18獲得之資料用於最佳化器17之參考資料。
最佳化器一般設置於太陽能陣列之輸出，但於該構成例中設為設置於太陽能模組1之輸出端，且每一太陽能模組中獲得最佳發電輸出。又，亦可設置於每一串列中。因此，亦可不將最佳化器17收容於附加功能收容構件9，而如習知之方式設置於太陽能陣列之輸出，或者設置於每一太陽能串列。
附加功能收容構件9亦可作為收納端子連接部14與感測器收容部16之單一之箱體，或者將端子連接部14與感測器收容部16收容於另外之箱體而安裝於外框。進而，亦可將最佳化器收容部16設為單獨之箱體，但該構成例中，將端子連接部14與感測器收容部16及最佳化器收容部15設為一個箱體。
如圖4所示，太陽能模組1之輸出電壓為DC30V~60V左右，將該輸出電壓利用最佳化器17升壓至DC800V左右。最佳化器17之DC輸出利用電源調節器21轉換為AC100V或AC200V，用於家電等之負載，或者送電至系統。
以本發明之太陽能模組1中設置之感測器群18獲得之資料係由最佳化器加以參照，或傳送至一併設置於發電地點中或處於遠端之中心地點22而用於監視或運行程序。
根據以上說明之本發明之實施形態，藉由設置檢測太陽能模組之發電能力之變化之感測器，並且設置檢測太陽光發電地點之場地位置所特有之環境條件變化之各種感測器，而監視、診斷太陽能模組之層級之運轉狀態，並預測更換時期，將診斷為故障之太陽能模組自太陽能串列切離。進而，可對每一模組特定出因故意或自然災害而造成之模組之破壞或故障，進行必要之應對。
如此般，可藉由僅將發電能力低於已設定之值之太陽能模組或者因破損等而變得無法使用之太陽能模組自太陽能串列中切離，而將正常之太陽能模組繼續用於發電，提昇太陽能串列之運轉效率，而可實現太陽能發電地點整體之高效運轉。作為搭載GPS之追加效用，亦可於發生太陽能模組失竊之情形時進行追蹤。
1‧‧‧太陽能模組
2‧‧‧電池陣列
7‧‧‧第1框架(外框)
8‧‧‧第2框架(外框)
9‧‧‧附加功能收容構件
10‧‧‧托架
11‧‧‧螺釘
12‧‧‧輸出線
13‧‧‧監視/控制線
14‧‧‧端子連接部
18‧‧‧感測器(群)

Claims (10)

  1. 一種太陽能模組，其係構成太陽能發電地點中之太陽能串列者，且該太陽能發電地點具有配置多個上述太陽能串列而成之太陽能陣列、及用以將上述太陽能陣列之DC電力轉換為AC電力而供給至所利用機器之電源調節器，該太陽能模組之特徵在於：上述太陽能模組係排列複數個太陽能電池而構成，且具有單板狀地支撐上述太陽能電池之排列之外框，於上述太陽能模組之太陽光照射面之相反側具有設置於上述外框之1個或複數個附加功能收容構件，上述附加功能收容構件具備：端子連接部，其係用以連接上述太陽能串列內之太陽能模組之輸出端子彼此，而連接於構成上述太陽能串列之其他太陽能串列之輸出端子；及感測器收容部，其係包括檢測每一個上述太陽能串列之發電資訊之發電資訊感測器及檢測環境資訊之環境資訊感測器，且該環境資訊感測器係由包含氣壓感測器、溫度感測器、濕度感測器、照度(受光量)感測器、仰角感測器、水平角感測器及加速度感測器，且進而包含GPS之環境參數偵測感測器群所構成；該太陽能模組係由搭載將上述GPS所偵測之上述太陽能模組之位置資訊與該模組自身之ID一同地進行無線發送之發送電路與天線及電池而成。
  2. 如請求項1之太陽能模組，其中，於上述端子連接部具有阻止電流自其他太陽能模組流入之防逆流二極體、及用以將該太陽能模組根據其功能劣化而自上述太陽能串列之輸出線切離之旁通二極體。
  3. 如請求項1之太陽能模組，其中，上述感測器收容部中收容之發電資訊感測器係由電流感測器及電壓感測器所構成。
  4. 如請求項2之太陽能模組，其中，上述感測器收容部中收容之發電資訊感測器係由電流感測器及電壓感測器所構成。
  5. 如請求項1至4中任一項之太陽能模組，其中，於上述附加功能收容構件具有最佳化器收容部。
  6. 如請求項1至4中任一項之太陽能模組，其中，上述附加功能收容構件係收納上述端子連接部及上述感測器收容部之單一之箱體。
  7. 如請求項5之太陽能模組，其中，上述最佳化器收容部係與上述端子連接部及上述感測器收容部一同地收納於上述附加功能收容構件。
  8. 如請求項5之太陽能模組，其中，上述最佳化器收容部係收納於與上述端子連接部及上述感測器收容部不同之附加功能收容構件。
  9. 如請求項6之太陽能模組，其中，上述端子連接部與上述感測器收容部收納於不同之附加功能收容構件。
  10. 如請求項1之太陽能模組，其中，上述附加功能收容構件係固定於上述太陽能模組之外框。
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