本发明专利技术公开一种用于监视太阳能供电电源性能的方法及设备，其中该电源包括安装在建筑物上的光伏电池阵列。在一个实施例中，所述设备包括：产生表示太阳辐照度的信号的装置；电路，其通过利用至少该辐照度信号和对由该阵列供应给该负荷的电力的测量值，来计算运行性能信号；用于广播该性能信号的无线电装置；以及可移动单元，其接收来自该无线电装置的性能信号，并可视地显示该性能信号、电能产量以及电力公用事业使用率。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及将太阳光转换成电的方法及设备的一般主题，并特别涉及用于显示光伏电池电源性能的方法及设备。
技术介绍
光伏(PV)组件是PV电力系统的基本构件。PV组件由被封装在玻璃盖板和防风雨的底板间的互连的电池构成。典型地，这些组件被装在适于安装地铝质框架中。术语“太阳能面板”经常被用来指代PV组件。但是，同样的表述也被用来表示太阳能热水系统，为避免混淆，优选“光伏组件”这一表述。应当了解那些影响太阳能系统(solar power system)输出的因素，这样用户就会对在随时间变化的天气条件下总的系统输出以及经济效益有现实的期望。PV组件所产生的有用电力的量是根据落在交换区域(conversion area)的光强度直接产生的。因而，可用太阳能源越多，电力产生潜能就越大。举例来说，在热带地区可提供比在高纬度地区能够提供的更好的热源。另外，PV系统在夜晚不产生电力，并且重要的是不要遮挡组件。如果在太阳光照射时间以外需要电力，或者如果预期到坏天气延续的时期，那么某种形式的存储系统是必须的。材料PV组件的性能尤其依赖电池的材料。非晶硅组件的转换效率在6％到8％之间变化。多晶硅组件具有大约15％的转换效率。单晶硅组件是最有效的，其转换效率为大约16％。组件的典型尺寸为0.5×1.0m2和0.33×1.33m2，由大约36个PV电池构成。标准测试条件太阳能组件生产DC电力。太阳能组件的DC输出由制造商根据标准测试条件(Standard Test Condition，STC)进行标定。这些条件易于在工厂中再现，并可用于产品的一致比较，但是要评估在通常户外工作条件下的输出则需要对其修改。STC条件是太阳能电池温度＝25；太阳辐照度(强度)＝1000W/m2(常被称为峰值日照强度，可与晴朗夏日正午时的强度相比)；以及如同由穿过1.5个大气层厚度而被过滤的太阳光谱(ASTM标准光谱)。制造商可能在STC下把某个特定太阳能组件的输出额定功率标为100瓦，并称该产品为“100瓦太阳能组件”。该组件通常具有该额定值的±5％的产品容差，这意味着该组件可以生产95瓦而仍被称为“100瓦太阳能组件”。保守一点的话，最好使用该功率输出谱的下界作为起始点(对100瓦的组件来说是95瓦)。图1图示说明当负荷从短路(无负荷)条件增加至开路(最大电压)条件时，光伏电池的电流对电压(I-V曲线)的关系。该曲线的形状表示了电池性能的特征；这可以被称为“出厂性能(factoryperformance)”或者称为在理想条件下PV电池的性能。光谱(Spectrum)由光伏器件产生的电流也受太阳光的光谱分布(光谱)的影响。此外，通常知道太阳光的光谱分布在一天之中变化，在日出和日落时更“红”，而在正午时更“蓝”。基于所考虑的光生伏打技术，这种变化的光谱对性能的影响幅度可能会显著地变化。在任何情况下，光谱变化都引入了依赖时辰的性能上的系统影响。类似地，光伏组件或总日射表(pyranometer)的光学特性也能够导致有关太阳光入射角的性能上的系统影响。温度随着组件温度增加，组件输出功率减小。当在屋顶上工作时，太阳能组件将充分地加热，达到50-70摄氏度的内部温度。对晶体组件，CEC建议的典型的温度降低因子是89％或0.89。因此，在春日或秋日当中的全日照条件下，“100瓦”组件通常工作在大约85瓦(95瓦×0.89＝85瓦)。为确保PV组件不过热，要求按照可使得空气在其周围自由流动的方式来安装。在易于达到极热的正午温度的地区，这是特别重要的考虑。理想的PV产生条件是凉爽的、晴朗的、阳光充足的日子。尘埃(dirt and dust)尘埃可以在太阳能组件表面上积累，阻挡一些阳光，并使输出减小。加利福尼亚州大部具有雨季和旱季。尽管通常的尘土会在每个雨季被清除，但是在评估系统输出时考虑因旱季灰尘的堆积而引起的输出降低才是更实际的。通常使用的年灰尘降低因子是93％或0.93。因此，带有某些积累的灰尘工作的“100瓦组件”可能工作在平均大约79瓦(85瓦×0.93＝79瓦)。失配(mismatch)及线路损失总的PV阵列的最大功率输出总是小于单个组件的最大输出之和。这一差值是从一个组件到下一个组件在性能上的微小不一致所造成的，这被称为“组件失配”，并且总计可达至少2％的系统功率损失。系统线路中的阻抗也造成功率损失。应当将这些损失保持在最小，但是对系统而言很难使这些损失小于3％。对这些损失的合理的降低因子为95％或0.95。DC到AC转换损失由太阳能组件产生的DC电能必须使用换流器将其转换成普通家用的AC电能。在该转换过程中损失了一些电能，并且在从屋顶阵列到该换流器再出来到房屋面板的线路中，还有另外的损失。通常在住宅的PV电能系统中使用的换流器具有由其制造商标称的92％至94％的峰值效率，但是这些也是在良好控制的出厂条件下测量的。而实际的现场条件通常导致大约88％至92％的总DC至AC转换效率。所以经过产品容差、热、尘土、线路、AC转换以及其他损失的降低，在晴天的中午，“100瓦组件”的输出应当转化为大约68瓦(100瓦×0.95×0.89×0.93×0.95×0.90＝67瓦)的传递到房屋面板的AC功率。评估系统能量输出为俘获尽可能多的太阳能量，光伏电池必须朝着太阳。如果光伏电池具有固定的位置，其朝向相对于南方(北半球)，倾角应该相对于水平面做优化。该最优倾角位于该地点纬度的大约15度的范围内。举例来说，对于在西欧的网格连接PV系统，最优的倾角为大约35度。对接近赤道的地区，这一倾角将会变小，而对于接近两极的地区，其将会变大。从最优角度的30度倾角的偏离，将导致最大产出的小于10％的损失。在一日当中，太阳光照射在太阳能组件的角度将变化，这将影响功率输出。从“100瓦组件”的输出从黎明时分由0逐渐地增加，而在正午时随着日照角度(sun angle)而增加至其峰值输出，然后在下午逐渐下降并在夜晚回到0。虽然这一变化部分地是由于变化的日照强度(sun intensity)，但是变化的日照角度(相对于该组件)也起作用。屋顶的坡度(pitch)将影响在组件表面的日照角度，屋顶的东西朝向也将影响该日照角度。表1总结了这些影响，其表明，举例来说，在南加利福尼亚州，在坡度为7∶12面向正南的屋顶上的阵列给出最大输出(修正因子为1.00)，而同样坡度的朝东的屋顶将产出朝南屋顶的一年能量的大约84％(表1中0.84的修正因子)。表1各种屋顶斜度和方向的朝向因子表2城市每kW STC阵列定额的年能量产量表2旨在给出通常的PV系统预期提供的一年能量的保守估计，其中考虑了以上所讨论的各种因素。作为一个简易的指南，这些值是由1千瓦(1kW)STC DC阵列所产生的一年的千瓦时(kWh)。例子位于洛杉矶地区、以4∶12的坡度并面向南的4kW WSTC太阳能电池阵列(如在STC条件下所标称的)应当每年生产至少5343kWh的电能(1406kWh/kW×0.95×4kW＝5343kWh)。在该地区典型的住宅用户每年使用大约7300kWh，意味着这样的PV系统能够生产这种典型家庭所需总能量的75％。而且，如果住户采取能量效率措施来减少总的电力消耗，那么该百分比可能接近100％。注意，使用本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种设备，用在具有用电负荷并装有太阳能供电电源的建筑物中，该电源包括具有预定出厂性能额定值的光伏电池阵列，所述设备包括：（ａ）辐照度装置，在与该阵列的太阳能交换中，用于产生表示太阳辐照度的信号；（ｂ）电路，该电路装在该建筑物中并具有时钟，利用至少预定性能额定值和所述辐照度信号以及从该阵列提供给该负荷的电能的测量值，来计算运行性能信号；（ｃ）无线电装置，用于广播所述性能信号；以及（ｄ）一般便携单元，用于从所述无线电装置接收所述性能信号，并用于可视地显示所述性能信号。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐纳德B沃菲尔德，保罗加维森，
申请(专利权)人：BP北美公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。