表面脏污测量方法与测量装置与流程

本发明涉及一种测量方法与相关的测量装置，尤是涉及一种太阳能面板的表面脏污测量方法。

背景技术：

为了达成环境的永续发展，太阳能光电发电于先进国家的总发电量的占比逐渐上升。许多因素会造成太阳能发电站的发电效率下降，例如随时间而损坏的零组件、温度变化、电力传输路径上的功率损耗、与太阳能面板表面堆积的脏污。在上述各种因素中，表面脏污造成的发电量损失约可达最大发电量的8％，是造成太阳能发电站发电效率下降最显著的因素。传统的做法为定期派员清洁太阳能面板，但清洁的时间周期不能对应表面脏污的累积程度作调整。因此，传统的做法不仅无法有效维持太阳能发电站的发电效率，还可能会浪费用于清洁的人工成本。因此，如何准确测量太阳能模块的表面脏污程度以决定清洁时机，实为业界有待解决的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种表面脏污测量方法，其包含以下步骤：移动测量装置的挡板，以暴露测量装置的第一光电单元，其中测量装置另包含第二光电单元与控制电路；利用控制电路测量第一光电单元的第一短路电流与第二光电单元的第二短路电流；移动挡板，以遮蔽第一光电单元；利用控制电路计算第一短路电流与第二短路电流的差值，并将该差值除以第一短路电流以得到第二光电单元的发电量损失百分比。

本发明提供一种测量装置，其包含第一光电单元、第二光电单元、挡板以及控制电路。挡板用于遮蔽第一光电单元。控制电路用于测量第一光电单元的第一短路电流，以及测量第二光电单元的第二短路电流。其中当测量装置移动挡板以暴露第一光电单元时，控制电路计算第一短路电流与第二短路电流的差值，并将该差值除以第一短路电流以得到第二光电单元的发电量损失百分比。

上述的表面脏污测量方法与测量装置能准确估算周遭太阳能面板的脏污程度。

附图说明

图1A为本发明一实施例的测量装置简化后的立体图；

图1B为图1A的测量装置简化后的分解示意图；

图2为图1A的测量装置在一实施例中的应用情境示意图；

图3为本发明一实施例的控制电路简化后的功能方块图；

图4为本发明一实施例的表面脏污测量方法简化后的流程图；

图5为本发明另一实施例的控制电路简化后的功能方块图；

图6为本发明另一实施例的表面脏污测量方法简化后的流程图；

图7A为本发明一实施例的测量装置简化后的立体图；

图7B为测量装置的操作状态示意图；

图8A为本发明一实施例的测量装置简化后的立体图；

图8B为测量装置的操作状态示意图；

图9A为本发明一实施例的测量装置简化后的立体图；

图9B为测量装置简化后的分解示意图；

图10A为本发明一实施例的测量装置简化后的立体图；

图10B为测量装置简化后的分解示意图。

符号说明

100、100A、100B、100C、100D：测量装置

110a：第一光电单元

110b：第二光电单元

120、120A、120B：挡板

130、130B：驱动装置

140：第一T型滑轨

150：第一T型固定件

160：夹持单元

SF：表面

172：上夹体

174：下夹体

176：螺栓

Rw1：第一右翼部

Rw2：第二右翼部

Lw1：第一左翼部

Lw2：第二左翼部

CP1：第一顶板

CP2：第二顶板

Th1：第一螺孔

Th2：第二螺孔

210a～210n：太阳能面板

220a、220b：支撑架

310、310A：控制电路

312a：第一电流检测单元

312b：第二电流检测单元

314：处理单元

316：通讯单元

320：主机端

400、600：表面脏污测量方法

S402～S412、S610～S616：流程

710：转轴

720：凹槽

132：开口部

122a～122d：帘幕

910、1010：L型连接件

920：第二T型固定件

930：支架

940：第二T型滑轨

Vha：第一通孔

Vhb：第二通孔

912、1012：第一部分

914、1014：第二部分

具体实施方式

以下将配合相关附图来说明本发明的实施例。在附图中，相同的标号表示相同或类似的元件或方法流程。

图1A为根据本发明一实施例的测量装置100简化后的立体图。测量装置100包含第一光电单元110a、第二光电单元110b、挡板120、驱动装置 130、以及位于测量装置100内部的控制电路(未绘示于图1A)。第一光电单元110a与第二光电单元110b位于测量装置的一表面SF。驱动装置130耦接于挡板120，且用于在水平方向(亦即，平行于表面SF的方向)上移动挡板120，以使第一光电单元110a于暴露状态或遮蔽状态之间切换。前述的暴露状态可以是第一光电单元110a没有被挡板120遮蔽，因而能够接受光照的状态。反之，遮蔽状态可以是第一光电单元110a被挡板120覆盖，因而无法接受光照的状态。控制电路用于控制驱动装置130的运作，且用于比较第一光电单元110a与第二光电单元110b经由光电发电而产生的短路电流。

测量装置100还包含第一T型滑轨140、多个第一T型固定件150与多个夹持单元160。多个第一T型固定件150嵌置于第一T型滑轨140内，且每个夹持单元160对应耦接于多个第一T型固定件150的其中一者。夹持单元160用于将测量装置100固定于一太阳能面板的一侧边。详细而言，当测量装置100通过多个夹持单元160夹持于该太阳能面板时，多个T型固定件 150与该太阳能面板会分别位于多个夹持单元160的相对侧。

图1B为图1A的测量装置100简化后的分解示意图。夹持单元160包含上夹体172、下夹体174与螺栓176。上夹体172包含第一顶板CP1、第一左翼部Lw1与第一右翼部Rw1。第一左翼部Lw1与第一右翼部Rw1位于第一顶板CP1的同一表面，且两者自第一顶板CP1的该表面朝向远离第一顶板CP1的方向延伸。第一顶板CP1包含第一螺孔Th1，且第一螺孔Th1 位于第一左翼部Lw1与第一右翼部Rw1之间。

下夹体174包含第二顶板CP2、第二左翼部Lw2与第二右翼部Rw2。第二左翼部Lw2与第二右翼部Rw2位于第二顶板CP2的同一表面，且两者自第二顶板CP2的该表面朝向远离第二顶板CP2的方向延伸。第一T型固定件150通过第二右翼部Rw2的通孔Vh穿过第二右翼部Rw2，以使夹持单元160耦接于第一T型固定件150。详细而言，第一T型固定件150具有螺纹。当第一T型固定件150穿过第二右翼部Rw2的通孔Vh时，第二右翼部 Rw2可通过螺帽与第一T型固定件150互相固定，其中螺帽螺纹连接于第一 T型固定件150。第二顶板CP2包含第二螺孔Th2，且第二螺孔Th2位于第二左翼部Lw2与第二右翼部Rw2之间。

当螺栓176通过第一螺孔Th1与第二螺孔Th2螺纹连接于上夹体172 与下夹体174时，第一左翼部Lw1与第二左翼部Lw2朝向相对的方向延伸，且第一右翼部Rw1与第二右翼部Rw2朝相对的方向延伸。因此，通过旋转螺栓176可调整上夹体172与下夹体174的间隔距离，进而使测量装置100 能耦接于不同厚度的太阳能面板。

图2为图1A的测量装置100在一实施例中的应用情境示意图。测量装置100安装于包含多个太阳能面板210a～210n的光伏阵列(photovoltaic array) 中。测量装置100通过前述的夹持单元160耦接于太阳能面板210a～210n的其中一者，或是耦接于太阳能面板210a～210n的支撑架220a与220b。请同时参考图1A与图2，驱动装置130会于短暂的时间(例如，1至3秒)中移开挡板120，以使第一光电单元110a和第二光电单元110b能够一起接受光照而产生短路电流。并且，驱动装置130会于其余时间中用挡板120遮蔽第一光电单元110a，以防止脏污累积于第一光电单元110a的表面。如此一来，于挡板120被移开的期间，控制电路能够比较第一光电单元110a和第二光电单元110b的短路电流，以判断第二光电单元110b的表面脏污程度，进而判断太阳能面板210a～210n中邻近于测量装置100的太阳能面板的表面脏污程度。

实作上，驱动装置130可以用框架式电磁铁(frame electromagnet)来实现。在一实施例中，测量装置100的第一光电单元110a和第二光电单元110b与邻近的太阳能面板具有相近或相同的阳光入射角，以准确地估算邻近的太阳能面板的表面脏污累积程度。

图3绘示了可用于实现测量装置100的控制电路的一控制电路310简化后的功能方块图。控制电路310位于测量装置100内部，且包含第一电流检测单元312a、第二电流检测单元312b、处理单元314、以及通讯单元316。第一电流检测单元312a和第二电流检测单元312b分别用于接收第一短路电流Isa和第二短路电流Isb。第一短路电流Isa和第二短路电流Isb分别由图 1A的第一光电单元110a和第二光电单元110b所产生。处理单元314用于自第一电流检测单元312a和第二电流检测单元312b接收分别代表第一短路电流Isa和第二短路电流Isb大小的数字或模拟数据。并且，处理单元314 还用于比较第一短路电流Isa和第二短路电流Isb的大小，以及用于控制驱动装置130的运作。通讯单元316耦接于处理单元314，并用于通过网络和主机端320进行通讯。主机端320用于提供使用者界面，且使用者界面可显示来自于测量装置100信息。

实作上，第一电流检测单元312a和第二电流检测单元312b可以用包含放大器、电阻和电容的回授电路以及模拟数字转换器来实现。前述的网络可以是采用各种通信协定进行数据交换的互联网或内部网络。通讯单元316可用各种有线网络端口、无线网络端口、或是同时整合前述两种功能的电路来实现。前述控制电路310中的不同功能方块可分别用不同的电路来实现，也可整合在一单一电路芯片中。例如，可以将控制电路310的第一电流检测单元312a、第二电流检测单元312b、和通讯单元316的至少其中之一与处理单元314整合在一单一芯片中。

图4为依据本发明一实施例的表面脏污测量方法400简化后的流程图。表面脏污测量方法400包含步骤S402～S418，且适用于前述的测量装置100 以及控制电路310。在流程S402中，处理单元314控制驱动装置130移开挡板120，以暴露第一光电单元110a。在挡板120被移开后，第一光电单元 110a和第二光电单元110b便能一起进行太阳能光电发电，并分别产生第一短路电流Isa和第二短路电流Isb。

例如，在驱动装置130是以框架式电磁铁实现的实施例中，挡板120是耦接于框架式电磁铁的铁芯。处理单元314可以施加电压于框架式电磁铁的线圈，以吸引框架式电磁铁的铁芯移动，进而以拖拉的方式将挡板120自第一光电单元110a的上方移开。

在流程S404中，第一电流检测单元312a和第二电流检测单元312b会分别测量第一短路电流Isa和第二短路电流Isb的大小。第一电流检测单元 312a和第二电流检测单元312b还会将测量结果传送至处理单元314。接着，测量装置100会执行流程S406，以利用驱动装置130推动挡板120以遮蔽第一光电单元110a。例如，在驱动装置130是以框架式电磁铁实现的情况下，处理单元314可以将框架式电磁铁的线圈自通电状态切换至断电状态，以使框架式电磁铁的铁芯复位，进而推动挡板120至第一光电单元110a的上方。

在流程S408中，处理单元314会依据接收到的测量结果，依据下列的《公式1》计算第二光电单元110b的发电量损失百分比。

其中，Ploss表示第二光电单元110b的发电量损失百分比。

接着，在流程S410中，处理单元314会将第二光电单元110b的发电量损失百分比与预设百分比进行比较。处理单元314还会依据比较结果来判断是否需通知主机端320以清洁测量装置100附近的太阳能面板。例如，当太阳能模块110b的发电量损失百分比大于或等于预设百分比(例如：10％)时，处理单元314会判断需通知主机端320。若处理单元314判断需要通知主机端320，测量装置100会接着执行流程S412。在流程S412中，处理单元314 会产生一清洁通知，并利用通讯单元316将清洁通知通过网络传送至主机端 320。当主机端320接收到清洁通知时，主机端320可以通过相关的使用者界面提示使用者派员进行清洁。

在一实施例中，多个测量装置100分别被安装于一个太阳能发电厂的不同位置。每个测量装置100所产生的清洁通知包含该测量装置100的位置信息。因此，当主机端320接收到清洁通知时，主机端320会依据该清洁通知所包含的位置信息，通知使用者至对应的测量装置100所在的位置进行清洁。

当流程S412结束后，测量装置100会结束表面脏污测量方法400。另一方面，若处理单元314于流程S410中判断不需要通知主机端320，则测量装置100会直接结束表面脏污测量方法400。

由上述可知，测量装置100具有结构简单且体积小的优点。另外，表面脏污测量方法400能准确估算周遭太阳能面板的脏污程度，进而可以节省太阳能电厂耗费在清洁太阳能面板的时间成本与人力成本。

图5绘示了可用于实现测量装置100的控制电路的另一控制电路310A 简化后的功能方块图。控制电路310A相似于控制电路310，差异在于，控制电路310A的通讯单元316不但用于通过网络和主机端320进行通讯，还用于通过网络和云服务器510进行通讯。云服务器510用于存储处理单元314 运作所需的各种数据，例如气象统计数据和气象预报数据。

在测量装置100包含控制电路310A的实施例中，测量装置100可以执行图6所绘示的表面脏污测量方法600。表面脏污测量方法600的流程 S402～S408，相似于表面脏污测量方法400中的对应流程，为简洁起见，在此不重复赘述。在表面脏污测量方法600的流程S610中，处理单元314会将第二光电单元110b的发电量损失百分比与预设百分比(例如，50％)进行比较。若第二光电单元110b的发电量损失百分比大于或等于预设百分比，处理单元314会进一步执行流程S612。

在流程S612中，处理单元314会通过通讯单元316自云服务器510接收测量装置100所在区域的气象预报数据。并且，处理单元314会比较一预设机率与气象预报数据中对应于未来一预设期间内的一降雨机率。若该降雨机率小于预设机率，则测量装置100会接着执行流程S614。在流程S614中，处理单元314会产生前述的清洁通知，并通过通讯单元316将清洁通知传送至主机端，以通知使用者清洁测量装置100附近的太阳能面板。实作上，前述的预设期间可以是12小时、24小时、或是一周。另外，预设机率可以是 10％。

另一方面，若降雨机率大于或等于预设机率，则测量装置100会接着执行流程S616。在流程S616中，处理单元314会于该预设期间结束时，通过通讯单元316自云服务器510接收测量装置100所在区域的气象统计数据。接着，处理单元314会依据气象统计数据判断该预设期间内是否发生过降雨事件。若处理单元314判断该预设期间内没有发生降雨事件，则测量装置100 会接着执行前述的流程S614。而若处理单元314判断该预设期间内发生过降雨事件，则测量装置100会结束表面脏污测量方法600。

另外，当前述的流程S614结束时，测量装置100会结束表面脏污测量方法600。此外，在前述的流程S610中，若第二光电单元110b的发电量损失百分比小于预设百分比，则测量装置100会直接结束表面脏污测量方法 600。

由上述可知，通过执行表面脏污测量方法600，测量装置100能够避免周遭的太阳能面板在清洁后的短时间内又因降雨而堆积脏污。实作上，测量装置100可以在任意时间点(例如，日照充足且天气晴朗时)一或多次执行表面脏污测量方法400和600。

图7A为依据本发明一实施例的测量装置100A简化后的立体图。测量装置100A相似于测量装置100，且可用于执行表面脏污测量方法400和600。测量装置100A与测量装置100的差异在于，测量装置100A的挡板120A具有一凹部(recess)720，且测量装置100A的驱动装置(未绘示于图7A)位于测量装置100A的内部。测量装置100A的驱动装置包含转轴710，且转轴710 枢接于挡板120A。当驱动装置转动转轴710时，转轴710会带动挡板120A 转动，以改变凹部720与第一光电单元110a的相对位置。实作上，驱动装置可以用步进马达来实现。

在本实施例中，挡板120A的凹部720为等边或不等边的扇形。然而，本发明并不以本实施例为限，凹部720的形状可以依据实际需求来设计。请参照图7B，当测量装置100A执行表面脏污测量方法400或600的步骤S402 时，驱动装置会旋转挡板120A，使得第一光电单元110a位于凹部720于表面SF的垂直投影内，以暴露第一光电单元110a。

反之，请再参照图7A，当测量装置100A执行表面脏污测量方法400 或600的步骤S406时，驱动装置会旋转挡板120A，使得第一光电单元110a 没有位于凹部720于表面SF的垂直投影内。换言之，第一光电单元110a会被挡板120A所覆盖。前述测量装置100的其余连接方式、元件、实施方式以及优点，都适用于测量装置100A，为简洁起见，在此不重复赘述。

图8A为依据本发明一实施例的测量装置100B简化后的功能方块图。测量装置100B相似于测量装置100，且可用于执行表面脏污测量方法400 和600。测量装置100B与测量装置100的差异在于，测量装置100B的驱动装置130B包含矩形的开口部132，测量装置100B的挡板120B设置于开口部132内且包含多片帘幕122a～122d。驱动装置130B用于带动帘幕 122a～122d，以使帘幕122a～122d形成展开状态或是重叠状态。图8A中帘幕 122a～122d的数量仅为示例性绘示，帘幕的数量可以依据实际需求来设计。实作上，驱动装置130B与挡板120B可以由电子快门来实现。

请参照图8B，当测量装置100B执行表面脏污测量方法400或600的步骤S402时，驱动装置130B会带动帘幕122a～122d以使帘幕122a～122d形成重叠状态。开口部132的面积大于第一光电单元110a的面积，且第一光电单元110a位于开口部132于表面SF的垂直投影内。因此，当帘幕122a～122d 形成重叠状态时，帘幕122a～122d不会与第一光电单元110a重叠，以暴露第一光电单元110a。

反之，请再参照图8A，当测量装置100B执行表面脏污测量方法400或 600的步骤S406时，驱动装置130B会带动帘幕122a～122d以使帘幕 122a～122d形成展开状态。如此一来，帘幕122a～122d会完全填满开口部132 以遮蔽第一光电单元110a。前述测量装置100的其余连接方式、元件、实施方式以及优点，都适用于测量装置100B，为简洁起见，在此不重复赘述。

图9A为依据本发明一实施例的测量装置100C简化后的立体图。测量装置100C相似于测量装置100，差异在于，测量装置100C以多个L型连接件910取代多个夹持单元160。测量装置100C另包含第一T型滑轨140、多个第一T型固定件150和多个第二T型固定件920。多个第一T型固定件 150嵌置于第一T型滑轨140内，且每个第一T型固定件150对应耦接于多个L型连接件910的其中一者。每个第二T型固定件920也对应耦接于多个 L型连接件的其中一者，且可用于嵌置于一支架930的第二T型滑轨940内。实作上，支架930可以是用于支撑太阳能面板的支架。

图9B为测量装置100C简化后的分解示意图。L型连接件910包含第一部分912和第二部分914。第一部分912和第二部分914之间具有一夹角，且该夹角大于或等于70°且小于或等于120°然而，本发明并不以此实施例为限，第一部分912和第二部分914之间的夹角可依实际需求进行设计。第一部分912包含第一通孔Vha，且第一T型固定件150通过第一通孔Vha 穿过第一部分912。第二部分914包含第二通孔Vhb，且第二T型固定件920 通过第二通孔Vhb穿过第二部分914。

当第一T型固定件150穿过第一通孔Vha时，第一部分912可通过螺帽与第一T型固定件150互相固定，其中螺帽螺纹连接于第一T型固定件150。相似地，当第二T型固定件920穿过第二通孔Vhb时，第二部分914可通过另一个螺帽与第二T型固定件920互相固定，其中该另一个螺帽螺纹连接于第二T型固定件920。前述测量装置100的其余连接方式、元件、实施方式以及优点，都适用于测量装置100C，为简洁起见，在此不重复赘述。

图10A为依据本发明一实施例的测量装置100D简化后的立体图。测量装置100D相似于测量装置100C，差异在于，测量装置100D以多个U型固定件1020取代多个第二T型固定件920。如图10A所示，测量装置100D 的每个L型连接件1010耦接于两个U型固定件1020。所有的U型固定件1020彼此平行排列，以使支架1030穿过U型固定件1020与L型连接件1010 之间的容置空间。

图10B为测量装置100D简化后的分解示意图。L型连接件1010的第二部分1014具有多个第二通孔Vhb。每个U型固定件1020包含第一端和第二端，U型固定件1020的第一端穿过多个第二通孔Vhb的其中一者，而U型固定件1020的第二端穿过多个第二通孔Vhb的其中另一者。当U型固定件 1020的第一端和第二端穿过第二部分1014时，U型固定件1020的第一端和第二端可以通过两个螺帽与第二部分1014互相固定，其中该两个螺帽分别螺纹连接于U型固定件1020的第一端和第二端。前述测量装置100C的其余连接方式、元件、实施方式以及优点，都适用于测量装置100D，为简洁起见，在此不重复赘述。

综上所述，当测量装置100A、100B、100C和100D安装于太阳能面板或太阳能面板的支架时，无需破坏原发电系统的结构。另外，测量装置100A、 100B、100C和100D还具有零组件少与容易安装的优点。

前述各流程图中的流程执行顺序，只是示范性的实施例，而非局限本发明的实际实施方式。例如，在前述的各流程图中，流程S406可和流程S408 同时进行。

在说明书及权利要求中使用了某些词汇来指称特定的元件。然而，所属技术领域中具有通常知识者应可理解，同样的元件可能会用不同的名词来称呼。说明书及权利要求并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的基准。在说明书及权利要求所提及的「包含」为开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。另外，「耦接」在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述第一元件耦接于第二元件，则代表第一元件可通过电连接或无线传输、光学传输等信号连接方式而直接地连接于第二元件，或者通过其他元件或连接手段间接地电性或信号连接至该第二元件。

另外，除非说明书中特别指明，否则任何单数格的用语都同时包含多个的涵义。

以上仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。