太阳能电池模块的效能监视系统及其监视方法与流程

文档序号:13108776
本申请是申请日为2013年03月14日、申请号为201380013676.8、发明名称为“太阳能电池模块的效能监视系统及其监视方法”的中国专利申请的分案申请。技术领域本发明涉及太阳能电池模块的效能监视系统及其监视方法。

背景技术:
近年来,随着地球资源的减少和环保意识的提高,各国努力进行替代能源,例如太阳能、风能、地热能、水能等的开发,其中,基于太阳光的发电最受注目。太阳光每天到达地表的能量与全世界的石油储量的四分之一大致相等,是取之不尽的天然资源。太阳光发电是洁净的,具有不会产生环境污染,不会枯竭,与建筑物容易结合等的优点,此外近年来与半导体材料的飞跃发展相伴地,太阳光的光电转换效率持续地提高,因此这也带来了太阳能电池模块的广泛应用(例如参照专利文献1。)。但是,环境因素对太阳能电池模块的发电效率的影响很大,例如气候、季节、昼夜等的因素对太阳辐射量给予影响。另外,可知太阳能电池模块上的污染、灰尘使发电量降低,而难以辨别灰尘堆积与发电效率降低之间的相关性。并且,太阳能电池模块的电力输出还受实际使用时的模块的温度影响,模块温度越高,电力输出越低。因此,需要能够明确地辨明太阳能电池模块的发电效率的降低因素的系统和方法。另外,对于当前的太阳能电池模块的技术而言,几乎都是以提高太阳能电池模块自身的发电效率为前提而进行开发的,而没有进行对于太阳能电池模块自身的发电效率的评价的技术。因此,本发明的主要的技术特征在于,通过利用现有的传感器而对太阳能电池模块运转时的相关数据进行收集,并经由特定的运算法对太阳能电池模块的实际的运转效率进行评价。专利文献1:日本特开2012-015412号公报

技术实现要素:
本发明的主要的目的在于提供能够对包括基于灰尘堆积的电力损耗、基于太阳能电池模块的操作温度的电力损耗、以及基于最大电力点追随的电力损耗的太阳能电池模块的发电损耗进行计算,并且能够通过与额定输出的比较,而对太阳能电池模块的实际操作时的电力损耗进行计算,适时地反映发电效率,进而发出报警和建议的太阳能电池模块的效能监视系统及其监视方法。根据本发明的第1方式,提供一种太阳能电池模块的效能监视系统,其通过对基于太阳能电池模块的灰尘堆积的电力损耗进行计算和监视,来向使用者提供太阳能电池模块的发电情况,上述太阳能电池模块的效能监视系统的特征在于,具备:参考模块,其为太阳光发电模块,其表面总是被保持为清洁的状态;评价模块,其为太阳光发电模块,其表面因实际的环境而被灰尘覆盖;两个最大电力点追随装置,它们通过分别与上述参考模块以及上述评价模块连接,而分别追随上述的两个模块的电力,并将上述的两个模块的电力输出保持为最大点;PV通信记录装置,其通过与上述参考模块以及上述评价模块连接,来记录上述的两个模块的发电结果;以及运算显示装置,其通过与上述PV通信记录装置连接,来计算基于上述评价模块的灰尘堆积的电力损耗。根据本发明的第2方式,提供一种太阳能电池模块的效能监视系统,其通过对基于太阳能电池模块的操作温度的电力损耗进行计算和监视,来向使用者提供太阳能电池模块的发电情况,上述太阳能电池模块的效能监视系统的特征在于,具备:参考模块,其为太阳光发电模块,其表面总是被保持为清洁的状态;评价模块,其为太阳光发电模块,其表面因实际的环境而被灰尘覆盖;两个最大电力点追随装置,它们通过分别与上述参考模块以及上述评价模块连接,而分别追随上述的两个模块的电力,并将上述的两个模块的电力输出保持为最大点;传感器通信记录装置,其包括两个温度传感器,并对上述的两个温度传感器检测出的上述参考模块以及上述评价模块的操作温度进行记录;PV通信记录装置,其通过与上述参考模块以及上述评价模块连接,来记录上述的两个模块的发电结果;以及运算显示装置,其通过与上述传感器通信记录装置以及上述PV通信记录装置连接,来计算基于上述评价模块的操作温度的电力损耗。根据本发明的第3方式,提供一种太阳能电池模块的效能监视系统,其通过对基于太阳能电池模块的最大电力点追随的电力损耗进行计算和监视,来向使用者提供太阳能电池模块的发电情况,上述太阳能电池模块的效能监视系统的特征在于,具备:参考模块,其为太阳光发电模块,其表面总是被保持为清洁的状态;评价模块,其为太阳光发电模块,其表面因实际的环境而被灰尘覆盖;两个最大电力点追随装置,它们通过分别与上述参考模块和上述评价模块连接,而分别追随上述的两个模块的电力,并将上述的两个模块的电力输出保持为最大点;传感器通信记录装置,其包括日照计,并记录利用上述日照计检测出的环境中的太阳辐射量;PV通信记录装置,其通过与上述参考模块和上述评价模块连接,来记录上述的两个模块的发电结果;以及运算显示装置,其通过与上述传感器通信记录装置和上述PV通信记录装置连接,来计算基于上述评价模块的最大电力点追随的电力损耗。根据本发明的第4方式,提供一种太阳能电池模块的效能监视系统,其通过对太阳能电池模块的实际操作时的电力损耗进行计算和监视,来向使用者提供太阳能电池模块的发电情况,上述太阳能电池模块的效能监视系统的特征在于,具备:参考模块,其为太阳光发电模块,其表面总是被保持为清洁的状态;评价模块,其为太阳光发电模块,其表面因实际的环境而被灰尘覆盖;两个最大电力点追随装置,它们通过分别与上述参考模块和上述评价模块连接,而分别追随上述的两个模块的电力,并将上述的两个模块的电力输出保持为最大点;PV通信记录装置,其通过与上述参考模块以及上述评价模块连接,来记录上述的两个模块的发电结果;传感器通信记录装置,其包括两个温度传感器和日照计,并记录利用上述传感器检测出的结果,上述温度传感器检测上述参考模块以及上述评价模块的操作温度;以及运算显示装置,其通过与上述传感器通信记录装置以及上述PV通信记录装置连接,来分别计算基于上述评价模块的灰尘堆积的电力损耗、基于操作温度的电力损耗以及基于最大电力点追随的电力损耗,并且通过与上述参考模块的额定输出的比较,来计算上述评价模块的实际操作时的电力损耗。根据本发明的第5方式,其特征在于,根据下述等式1计算太阳能电池模块的实际操作时的电力损耗(Δp),太阳能电池模块的实际操作时的电力损耗(Δp)=太阳能电池模块的额定输出-(太阳能电池模块的实际发电电力+ΔPd+ΔPt+ΔPm)…(等式1)其中,太阳能电池模块的额定输出是表面被保持为清洁状态的太阳能电池模块(参考模块)所具有的额定输出,太阳能电池模块的实际发电电力是表面被灰尘覆盖的太阳能电池模块(评价模块)的发电电力,ΔPd是基于灰尘堆积的电力损耗,ΔPt是基于操作温度的电力损耗,ΔPm是基于最大电力点追随的电力损耗。根据本发明的太阳能电池模块的效能监视系统及其监视方法,能够对包括基于灰尘堆积的电力损耗、基于太阳能电池模块的操作温度的电力损耗、以及基于最大电力点追随的电力损耗的太阳能电池模块的发电损耗进行计算,并且能够通过与额定输出的比较,来计算太阳能电池模块的实际操作时的电力损耗,并适时地反映发电效率,进而发出报警和建议。附图说明图1是表示本发明的实施方式的太阳能电池模块的效能监视系统1中的主要部分的简要结构的框图。图2是表示本发明的其他的实施方式的太阳能电池模块的效能监视系统2中的主要部分的简要结构的框图。图3是表示本发明的另一其他的实施方式的太阳能电池模块的效能监视系统3中的主要部分的简要结构的框图。图4是表示本发明的又一其他的实施方式的太阳能电池模块的效能监视系统4中的主要部分的简要结构的框图。具体实施方式以下,参照附图对本发明的太阳能电池模块的效能监视系统的实施方式进行详述。图1是表示本发明的实施方式的太阳能电池模块的效能监视系统1中的主要部分的简要结构的框图。图2~图4是表示本发明的其他的实施方式的太阳能电池模块的效能监视系统2~4中的主要部分的简要结构的框图。此外,对于本发明的各实施方式之间具有相同的功能的构成部件标注相同附图标记,并省略重复的说明。本发明的实施方式的太阳能电池模块的效能监视系统1是用于对包括基于灰尘堆积的电力损耗、基于太阳能电池模块的操作温度的电力损耗、以及基于最大电力点追随的电力损耗的太阳能电池模块的发电损耗进行计算,并且通过与额定输出的比较来对太阳能电池模块的实际操作时的电力损耗进行计算,适时地反映发电效率,进而发出报警和建议的系统。以下,参照图1对本发明的太阳能电池模块的效能监视系统1的实施方式进行说明。本实施方式的太阳能电池模块的效能监视系统1具备:参考模块11,其为太阳光发电模块,其表面总是被保持为清洁的状态;评价模块12,其为太阳光发电模块,其表面因环境、气候等的因素而被灰尘覆盖;最大电力点追随装置13、14,它们通过分别与上述参考模块11和上述评价模块12连接,而追随上述的两个模块的最大电力点,并且保持为上述的两个模块输出最大电力;PV通信记录装置15,其通过与上述参考模块11和上述评价模块12连接,来用规定的钳型表读取上述的两个模块的电力值并进行记录;温度传感器21、22,它们通过分别与上述参考模块11和上述评价模块12连接,来检测上述的两个模块的操作温度;传感器通信记录装置28,其与检测环境中的雨量值的雨量计23、检测环境中的细微颗粒数的细微颗粒检测器24、检测环境中的温度、湿度的温湿度计25、检测环境中的风速、风向的风速风向计26、检测环境中的日照值的日照计27连接,用于记录利用上述的传感器检测的数据;运算显示装置16,其分别与上述传感器通信记录装置28和上述PV通信记录装置15连接,基于来自上述传感器通信记录装置28和上述PV通信记录装置15的数据,对基于上述评价模块12的灰尘堆积的电力损耗进行计算;运算显示装置29,其分别与上述传感器通信记录装置28和上述PV通信记录装置15连接,基于来自上述传感器通信记录装置28和上述PV通信记录装置15的数据,对基于上述评价模块12的操作温度的电力损耗和基于最大电力点追随的电力损耗进行计算;运算显示装置31,其分别与上述运算显示装置16和上述运算显示装置29连接,并且根据上述运算显示装置16计算出的基于灰尘堆积的电力损耗、上述运算显示装置29计算出的基于太阳能电池模块的操作温度的电力损耗和基于最大电力点追随的电力损耗、以及上述评价模块12的实际发电电力和上述参考模块11的额定输出等的相关数据,对太阳能电池模块的实际操作时的电力损耗进行计算;警报装置17、30、32,它们通过分别与上述运算显示装置16、29、31连接,来与基于上述运算显示装置16、29、31计算出的各损耗超出特定值时对应地发出报警和建议;以及电源供给器71,其对于太阳能电池模块的效能监视系统1中的各部分供给电力。接下来,对如何利用太阳能电池模块的效能监视系统1中的各部分,对基于灰尘堆积的电力损耗、基于太阳能电池模块的操作温度的电力损耗、基于最大电力点追随的电力损耗、以及太阳能电池模块的实际操作时的电力损耗进行计算的情况进行说明。首先,对于基于灰尘堆积的电力损耗而言,在太阳能电池模块的效能监视系统1中,利用参考模块11和评价模块12,对环境中的灰尘对于太阳能电池模块的发电效率的影响进行比较。上述参考模块11和上述评价模块12通过分别与最大电力点追随装置13、14连接,而保持为上述的两个模块输出最大电力。此外,上述参考模块11和上述评价模块12也分别与PV通信记录装置15连接。上述参考模块11和上述评价模块12的发电数据在被上述PV通信记录装置15记录后,被发送至用于对基于灰尘堆积的电力损耗进行计算的运算显示装置16。在上述运算显示装置16中,对被灰尘覆盖的上述评价模块12与上述参考模块11之间的发电差异(包括发电量、发电效率、累计发电量等)进行计算。上述传感器通信记录装置28所记录的从各传感器检测的一部分的结果(例如模块的温度、雨量、细微颗粒等的检测结果)也被发送至上述运算显示装置16,并被用于基于灰尘堆积的电力损耗的计算。后面对如何利用上述模块温度、雨量、细微颗粒等的检测结果,并且用于基于灰尘堆积的电力损耗的计算进行说明。上述发电差异的计算结果还被发送至警报装置17。在上述警报装置17中,例如通过SPC(StatisticalProcessControl;统计工序管理)统计管理方法监视基于上述运算显示装置16计算出的发电差异的计算结果,而适时地发出报警和建议。此外,上述太阳能电池模块的效能监视系统1对基于太阳能电池模块的实际操作温度的电力损耗和基于最大电力点追随的电力损耗进行计算和监视,并且还具有能够适时地发出报警和建议的功能。上述传感器通信记录装置28所记录的各传感器的检测结果被发送至运算显示装置29。此外,上述PV通信记录装置15所记录的太阳能电池模块的发电结果也被发送至上述运算显示装置29。上述运算显示装置29能够对基于太阳能电池模块的实际操作温度的电力损耗、和基于最大电力点追随的电力损耗进行计算和监视。具体而言,通过对发送来的数据进行计算、修正、回归、校正等的运算方法,对系统中的基于太阳能电池模块的实际操作温度的电力损耗、和基于最大电力点追随的电力损耗进行计算。而且,如上述那样计算出的基于操作温度的电力损耗、和基于最大电力点追随的电力损耗还被发送至警报装置30。在上述警报装置30中,通过SPC统计管理方法进行监视,并适时地发出报警和建议。并且,上述运算显示装置16计算出的基于灰尘堆积的电力损耗、上述运算显示装置29计算出的基于太阳能电池模块的操作温度的电力损耗、以及基于最大电力点追随的电力损耗被分别发送至运算显示装置31。在上述运算显示装置31中,基于上述各损耗、上述评价模块12的实际发电电力以及上述参考模块11的额定输出等的相关数据,对太阳能电池模块的实际操作时的电力损耗进行计算。而且,计算出的太阳能电池模块的实际操作时的电力损耗还被发送至警报装置32。在上述警报装置32中,通过SPC统计工序管理方法进行监视,并适时地发出报警和建议。在本实施方式中,在参考模块11和日照计27也可以分别连接有将它们的表面保持为清洁的状态的清洗装置(未在附图中表示)。并且,由于能够回收并再利用上述清洗装置所使用的清洗液体,所以本发明还具有节水环保的优点。此外,在本发明的太阳能电池模块的效能监视系统1中,能够通过有线、无线或者电力线来进行各结构间的所有数据的传送(包括从各传感器21~27向通信记录装置15、28的数据传送、从通信记录装置15、28向运算显示装置16、29的数据传送、从运算显示装置16、29、31向警报装置17、30、32的数据传送、以及从运算显示装置16、29向运算显示装置31的数据传送等)。另外,太阳能电池模块的效能监视系统1中的向各部分的电力供给可以为内部供电方式,也可以为外部供电方式。内部供电方式是指将参考模块11和评价模块12发电的电力向电源供给器71反馈供给,并且从上述电源供给器71向太阳能电池模块的效能监视系统1中的各部分供电。此外,上述电源供给器71也可以利用从外部对电源供给器71进行供电,并且从电源供给器71对太阳能电池模块的效能监视系统1中的各部分进行供电的外部供电方式。如上述那样,利用图1对本发明的实施方式进行说明,但本发明不局限于上述实施方式。例如,也可以如图2所示地仅具有一个运算显示装置33。从PV通信记录装置15将参考模块11和评价模块12的发电数据以及通信记录装置15所记录的各传感器的检测数据发送至运算显示装置33,在上述运算显示装置33中,对基于灰尘堆积的电力损耗、基于太阳能电池模块的操作温度的电力损耗、以及基于最大电力点追随的电力损耗分别进行计算,并且基于上述各损耗、上述评价模块12的实际发电电力以及上述参考模块11的额定输出等的相关数据,对太阳能电池模块的实际操作时的电力损耗进行计算。这里,在运算显示装置33也可以连接有警报装置34。在上述警报装置34中,通过SPC统计管理方法进行监视,并适时地发出报警和建议。或者,也可以如图3所示地具有三个运算显示装置35、36、37。从PV通信记录装置15将参考模块11和评价模块12的发电数据以及通信记录装置15所记录的各传感器的检测数据分别发送至上述运算显示装置35、36、37。在上述运算显示装置35、36、37中,对基于灰尘堆积的电力损耗、基于太阳能电池模块的操作温度的电力损耗以及基于最大电力点追随的电力损耗分别进行计算。然后,将计算出的上述各损耗进一步发送至运算显示装置38。在上述运算显示装置38中,根据基于灰尘堆积的电力损耗、基于太阳能电池模块的操作温度的电力损耗以及基于最大电力点追随的电力损耗,并根据上述评价模块12的实际发电电力以及上述参考模块11的额定输出等的相关数据,对太阳能电池模块的实际操作时的电力损耗进行计算。这里,运算显示装置38也可以连接有警报装置39。在上述警报装置39中,通过SPC统计工序管理方法进行监视,并适时地发出报警和建议。此外,上述图3的实施方式中的用于对基于灰尘堆积的电力损耗、基于太阳能电池模块的操作温度的电力损耗以及基于最大电力点追随的电力损耗进行计算的运算显示装置35、36、37也可以如图4所示地分别与不同警报装置40、41、42连接。在警报装置40、41、42中,根据基于灰尘堆积的电力损耗、基于太阳能电池模块的操作温度的电力损耗以及基于最大电力点追随的电力损耗,适时地发出报警和建议。上述的图1~图4的实施方式仅仅是用于对本发明的实施方式进行说明的实施方式。本发明的运算显示装置以及警报装置的个数能够任意组合。本发明并不局限于上述的实施方式,具有本发明的技术领域中的常识的人,应该能够在本发明所属的技术范围内想到各种变化。以下,对本发明的太阳能电池模块的效能监视方法进行说明。参考上述本发明的实施方式中的装置的结构对基于灰尘堆积的电力损耗、基于太阳能电池模块的操作温度的电力损耗以及基于最大电力点追随的电力损耗的运算式分别进行说明。用ΔPd表示基于灰尘堆积的电力损耗,用ΔPt表示基于太阳能电池模块的操作温度的电力损耗,用ΔPm表示基于最大电力点追随的电力损耗。太阳能电池模块的实际操作时的电力损耗(Δp)能够根据下述等式1而得到。太阳能电池模块的实际操作时的电力损耗(Δp)=太阳能电池模块的额定输出-(太阳能电池模块的实际发电电力+ΔPd+ΔPt+ΔPm)…(等式1)在等式1中,太阳能电池模块的额定输出是指在太阳能电池模块处于标准试验状态(温度25℃、太阳辐射强度1000W\/m2)下,基于ASTME1036标准检测出的太阳能电池模块的发电电力。在本发明中,将通过太阳光发电模块的制造商提供的额定输出作为太阳能电池模块的额定输出而利用。太阳能电池模块的实际发电电力是评价模块12实际使用的状态下即表面被灰尘覆盖的状态下的发电电力。通过从参考模块11的发电电力导出评价模块12的发电电力的运算式而求出基于灰尘堆积的电力损耗ΔPd。此外,为了对表面是否真被灰尘覆盖(灰尘的堆积情况)、或者是否存在基于系统异常、其他的因素的发电损耗进行判断,还利用雨量计23和细微颗粒检测器24。若利用细微颗粒检测器24检测出的细微颗粒量较高,则基于灰尘堆积的电力损耗也应该增加。另一方面,若利用雨量计23检测出的雨量值较高,则太阳能电池模块的表面被清洗,而变得干净,因此基于灰尘堆积的电力损耗应该减少。如果,在形成为与上述不同的趋势的情况下,能够推测出由于除灰尘堆积之外的因素而对发电量带来影响,因此判断为需要对系统进行检查、确认。若被灰尘覆盖,则太阳能电池模块的温度降低,因此还能够利用通过温度传感器21、22分别检测出的参考模块11和评价模块12之间的温度差,来辅助灰尘的堆积情况的判断。接下来,对基于太阳能电池模块的操作温度的电力损耗ΔPt的计算进行说明。若太阳能电池模块接受太阳光,则温度缓缓上升。若太阳能电池模块的温度上升,则发电量降低,因此对于基于太阳能电池模块的操作温度的电力损耗ΔPt而言,能够根据下述等式2,对评价模块12的实际使用状态下的操作温度与标准温度25℃的状态下的发电损耗进行比较和计算。ΔPt=P×[{α(T-25)...
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