发电装置及确定发电装置的工作状态的方法与制造工艺

本发明涉及使用诸如太阳能电池模块的发电模块的发电装置。

背景技术：
近年来已经使用可再生能源的新能源系统，例如太阳能电池和风力发电机。例如，家庭发电机组正日益流行，每个发电机都包括用于在住宅屋顶上太阳能发电的太阳能电池模块。这样的太阳能电池模块包括几十个连接的太阳能电池。更具体地，太阳能电池模块是通过如下方式获得的：通过内部布线连接太阳能电池，将太阳能电池设置在钢化玻璃板上使得太阳能电池的光接收表面面对钢化玻璃，用树脂覆盖太阳能电池的相对面。从单个或多个太阳能电池模块输出的电压被提供给功率调节器，从功率调节器引出AC电力，然后AC电力被传输到电力系统。具有上述结构的装置就是所谓的太阳能发电装置。在工作中太阳能发电装置的电流输出功率可显示，以告知家庭用户。而且，通过监控发电装置的发电状态，可检测发电设备的异常状态。例如，日本未审查专利申请公开No.2010-287608公开了通过如下操作检测太阳能电池模块衰减的方法：测量太阳能电池模块的输出电流和温度，基于测量的温度比较发电电流值和理想电流值。日本未审查专利申请公开No.9-102622公开了确定当电流继电器的激励状态持续预定时间段时，太阳能电池发生的故障的技术，该电流继电器使用旁通二极管作为电源并串联连接到该旁通二极管。

技术实现要素：
在日本未审查专利申请公开No.2010-287608中公开的方法中，为了测量太阳能电池模块的发电电流值，用于测量电流值的电阻器设置在电流路径上。这导致电力损耗增加。而且，因为发电电流值相对大，由电流和产生的热引起的元件故障率也增加。在日本未审查专利公开No.9-102622中公开的技术中，电流延迟也设置在电流路径上。因此，电力损耗增加、电流和产生的热引起的元件故障率增大。而且，仅获得关于是否太阳能电池模块是否可执行发电的信息，该信息不用于电力管理。需要提供能够解决这些问题的发电装置。在实施方式中，发电装置包括：电力计算单元，被配置为从发电模块接收电压信息和温度信息，并基于所接收的电压信息计算发电模块的发电信息。在另一个实施方式中，确定发电装置的工作状态的方法包括：从发电模块接收电压信息和温度信息，和基于所接收的电压信息和温度信息计算发电模块的发电信息，以及基于发电信息确定发电模块的工作状态。根据本公开的实施方式，没有检测发电电流。因此，可防止由电力损耗增加、电流、产生的热引起的元件故障率的增加。附图说明图1是根据本发明实施方式的发电装置的示意方框图；图2是根据本发明第一实施方式的发电装置的示意方框图；图3是太阳能电池的示例性等效电路图的连接图；图4是根据本发明实施方式的发电装置的变形的示意方框图；图5是示出根据第一实施方式的发电装置的发送侧配置的方框图；图6是示出根据第一实施方式的发送侧执行的过程的流程图；图7是示出根据第一实施方式的发电装置的接收侧配置的方框图；图8是描述根据第一实施方式的接收侧执行的过程的流程图；图9是示出根据本公开第二实施方式的发电装置的发送侧配置的方框图；图10是示出根据本公开第三实施方式的发电装置的示意性配置的方框图。具体实施方式下面描述的实施方式是本公开的优选实施方式，并给出了各种技术上的优选限制。然而，应该注意本公开的保护范围不限于这些实施方式，除非在下面的描述中给出限制本公开的说明。<第一实施方式>[发电装置概括]下面描述本公开第一实施方式。如图1所示，在第一实施方式中，太阳能电池模块M和发送器Tx连接。关于太阳能电池模块M的电压和温度的信息被提供给发送器Tx，然后经通信路径COM被发送到接收器Rx。接收器Rx使用所接收的温度信息和接收的电压信息基于太阳能电池或太阳能电池模块的模型（例如，等效电路）计算电力。接收器Rx包括显示单元，可在显示单元上显示计算的电力量。接收器Rx进一步包括确定单元，用于基于电力量确定发电模块M的状态，并可以确定发电模块M的恶化和故障。通信路径COM可以是有线或无线连接。通信方法的例子包括使用诸如通用异步收发器（UART）的通信接口的方法，与蓝牙、ZigBee、Wi-Fi或ANT+兼容的无线通信方法，以及使用太阳能电池模块电力传输路径或与例如以太网（注册商标）兼容的其他电缆的有线通信方法。如图2所示，在发送侧上，设置了用于测量太阳能电池模块M的输出电压V（发电电压）的电压测量设备1和测量太阳能电池模块M的温度测量设备2。测量电压V和测量温度T从发送器Tx以无线或有线通信方式发送。在发送侧，不执行电流测量。因此，不会发生由电流检测电阻器引起的电力损耗。在接收侧，由太阳能电池模块产生的电力是由太阳能电池模块的测量电压V和测量温度T计算的。在该情形中，使用图3中示出的太阳能电池模块的模型（例如，等效电路）。下面将描述计算产生的电力的方法。[产生的电力的计算]例如，为了由电压V和温度T计算电力，事先模拟太阳能电池模块。图3是示出太阳能电池以等效电路形式模拟的例子。在等效电路中，电流源、二极管和电阻器并联连接，且另一个电阻器串联到该并联连接。参考图3，电流源相应于电动势，且Iph表示电流源分量。太阳能电池模块的衬底、光接收层和电极部的电阻总和由串联电阻分量Rs表示。太阳能电池模块的损耗电阻由并联电阻分量Rsh表示。电流源分量Iph、串行电阻分量Rs、平行电阻分量Rsh以及二极管特征是事先计算的。二极管的特征可以以肖特基二极管等式（等式（1））模拟。在等式（1）中，Io表示逆饱和电流（A），n表示理想二极管因子，q表示单位电荷（1.60217733x10^(-19)(C)），k表示玻尔兹曼常数（1.3806504x10^(-23)(JK-1)），T表示温度（K）。通过对图3中示出的等效电路应用Kirchhoff定律，获得下面的等式。由等式等式（1）和（2）获得下面的等式（3）。未知变量Io、n、Rs和Rsh是与环境无关的常数。因此，通过准备I、V和T集合的实际测量数据（其数目等于或大于未知数），并通过解联立等式，可确定这些未知变量。Iph为取决于照度的变量。例如，假定变量Iph与照度成线性比例。联立等式可通过准备I、V、T集合的实际测量数据和照度求解，其数目等于或大于未知数。因此，可确定上述等式中I、V和T之外的变量。因此，当获得V、T和Iph（或照度）后，可确定I，且可计算产生的电力（电压V×电流I=产生的电力）。为了确定Iph或照度，可考虑例如图4中所示的方法。在该方法中，设置照明测量装置3，且测量当太阳能电池模块的端子短路时获得的短路电流，或当太阳能电池模块的端子开路时获得的断路电压，短路电流和短路电压为基本与照度成比例的参数。然而，在该情形中，必须设置测量照明度的装置。另一方面，太阳能电池的许多功率调节器具有最大功率点（MPP）函数（最大操作点控制函数），其中执行控制处理从而获得最大操作点，在该最大操作点，在太阳能电池的电流-电压特征方面功率变为最大。借助具有MPP函数的功率调节器，在T和V都确定的情况下，可确定Iph。结果，可确定I。例如，详细说明如下。一般地，在照度相当高的环境中，太阳能电池的最大操作点电压Vpm基于与环境中断路电压Voc成线性比例。例如，在晶体硅太阳能电池的情况下，Vpm约为Voc的80%。考虑这一点，通过设定I=0并在等式（3）中使用Voc获得的等式如下。在等式（4）以系数c=Vpm/Voc（例如0.8）变形的情形中，Iph被确定如下。借助等式（3）和（5），可获得用于由Vpm和T得到Ipm的等式（6）。在等式（6）中，如前面所述，可事先计算Ipm之外的变量，或可以由来自发送器的数据确定。因此，等式（6）中唯一的未知变量Ipm可以用牛顿法计算。可替换地，可通过对一个指数执行泰勒展开并解多项式来计算Ipm。[发送侧上的示例性配置]下面参考图5描述发送侧上配置的例子。两个太阳能电池模块M1和M2串联。从串联连接的太阳能电池模块M1和M2输出的电压被提供给功率调节器PW。功率调节器PW用于将产生的DC电压转换为AC电压，并将产生的电路供应到商业电源系统。功率调节器PW具有MPP函数（最大操作点控制函数），其中执行控制处理以获得最大操作点，在最大操作点，在太阳能电池的电流-电压特征方面功率变为最大。电压和温度测量单元101和102分别连接到太阳能电池模块M1和M2。因为电压和温度测量单元101和102具有相同配置，图5中仅示出电压和温度测量单元101的详细配置。从太阳能电池模块M1输出的电压被供应到调节器11，并由电阻器12和13分压。调节器11稳定太阳能电池模块M1的输出，并输出DC电压+Vcc1。在太阳能电池模块M1的输出电压比调节器11的额定电压高时，太阳能电池模块M1的输出电压被分压后供应给调节器11。电阻器12和13之间连接点的电压被输入到过压保护电路（图...