專(zhuān)利名稱(chēng)：估計(jì)太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的能量的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于估計(jì)太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的能量的方法和裝置，特別是，估計(jì)非晶硅太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的能量的方法和設(shè)備。
太陽(yáng)能電池由其屬性所決定易受諸如太陽(yáng)輻射或溫度等天氣變化的影響并且由此產(chǎn)生不穩(wěn)定的功率。為此，為了根據(jù)太陽(yáng)能電池的安置條件估計(jì)其所產(chǎn)生的能量，可以使用太陽(yáng)輻射或溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬。特別是近年來(lái)用于一般住宅的太陽(yáng)能電池非常流行。為了設(shè)計(jì)所必須的太陽(yáng)能電池組件的數(shù)目，必須估計(jì)出在太陽(yáng)能電池安裝地所產(chǎn)生的能量。
在“Guidebook for Design of Photovoltaic Power GenerationSystem”(OHM-Sha)中公開(kāi)了一種估計(jì)太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生能量的方法。
可以按下列方式獲得模擬光電功率生成系統(tǒng)所產(chǎn)生的能量的基本公式。使用平均傾斜太陽(yáng)輻射IS1，輸入總體校正系數(shù)K和太陽(yáng)能電池的額定功率R1。光電功率生成系統(tǒng)所產(chǎn)生的能量可由等式(1)得出P2＝IS1·K·R1 ……(1)總體校正系數(shù)K用溫度校正系數(shù)D1’、塵降校正系數(shù)D2、功率傳送損耗校正系數(shù)D3和變換器校正系數(shù)D4重寫(xiě)K＝D1’·D2·D3·D4 ……(2)等式(2)中的溫度校正系數(shù)D1’可由下式給出D1’＝1+αpmax(Tcm-Ts) ………(3)其中αpmax-0.0037(單晶太陽(yáng)能電池)-0.0044(多晶太陽(yáng)能電池)-0.0020(非晶硅太陽(yáng)能電池)Tcm平均月環(huán)境溫度A1+15℃Ts標(biāo)準(zhǔn)條件下太陽(yáng)能電池溫度＝25℃使用陣列不平衡損耗E1、線(xiàn)圈損耗E2和二極管損耗E3由等式(4)給出功率傳送損耗校正系數(shù)D3D3＝1-(E1+E2+E3) ……(4)假設(shè)使用上述計(jì)算光電功率生成系統(tǒng)的月產(chǎn)生能量的基本公式來(lái)估計(jì)在一給定區(qū)域中其所產(chǎn)生的能量。隨著在該區(qū)域中平均月環(huán)境溫度升高，在負(fù)方向上校正溫度校正系數(shù)D1’。為此，當(dāng)使用的是非晶硅太陽(yáng)能電池，所估計(jì)的產(chǎn)生能量要比實(shí)際產(chǎn)生的能量小。相反，隨著平均環(huán)境溫度降低，在正方向上校正溫度校正系數(shù)D1’。為此，當(dāng)使用的是非晶硅太陽(yáng)能電池，所估計(jì)的產(chǎn)生能量要比實(shí)際產(chǎn)生的能量大。在本發(fā)明中，“非晶硅”包括“微晶硅”。
圖2示出了用上述方法估計(jì)的每月所產(chǎn)生的能量(實(shí)線(xiàn)11)和實(shí)際所產(chǎn)生的能量(虛線(xiàn)12)。實(shí)線(xiàn)13表示平均月環(huán)境溫度。在平均月環(huán)境溫度特別高或低的季節(jié)，估計(jì)的所產(chǎn)生的能量與實(shí)際所產(chǎn)生的能量之間的差別變大。
正如所知的那樣，非晶硅太陽(yáng)能電池由其屬性決定具有光衰減現(xiàn)象由于長(zhǎng)期戶(hù)外暴露在制造之后初始性能立刻衰減，并且最終變穩(wěn)定。性能上的光衰減是一可逆現(xiàn)象，所以通過(guò)加熱退火可恢復(fù)到初始性能。這稱(chēng)作退火恢復(fù)。
太陽(yáng)能電池由戶(hù)外的太陽(yáng)射線(xiàn)產(chǎn)生能量。在戶(hù)外，太陽(yáng)能電池不僅吸收產(chǎn)生功率所必須的太陽(yáng)射線(xiàn)，而且還吸收對(duì)產(chǎn)生功率不起作用的光成份。將對(duì)產(chǎn)生功率不起作用的光能轉(zhuǎn)變成熱能來(lái)增高太陽(yáng)能電池組件的溫度。實(shí)際上，在平均月環(huán)境溫度為2℃至3℃的冬天，太陽(yáng)能電池組件在產(chǎn)生功率期間的溫度為20℃至30℃，而在平均月環(huán)境溫度為25℃至26℃的夏天，太陽(yáng)能電池組件的溫度有時(shí)超過(guò)60℃。為此，隨著環(huán)境溫度或組件溫度的升高，可以通過(guò)上述的退火恢復(fù)來(lái)恢復(fù)非晶硅太陽(yáng)能電池性能并產(chǎn)生大的功率。這樣，其屬性與晶體太陽(yáng)能電池相反。
當(dāng)使用上述基本公式估計(jì)采用非晶硅太陽(yáng)能電池的光電功率生成系統(tǒng)所產(chǎn)生的能量，隨著平均月環(huán)境溫度升高，在負(fù)方向上修正溫度校正系數(shù)D1’，把所產(chǎn)生的能量估計(jì)得小了。隨著平均月環(huán)境溫度降低，在正方向上修正溫度校正系數(shù)D1’，把所產(chǎn)生的能量估計(jì)大了。這樣對(duì)于每月來(lái)說(shuō)，所估計(jì)的產(chǎn)生能量和實(shí)際產(chǎn)生的能量之間出現(xiàn)了誤差。
本發(fā)明的目的是提供一種可根據(jù)安裝地點(diǎn)精確地估計(jì)出太陽(yáng)能電池或光電功率生成裝置所產(chǎn)生的功率的方法和設(shè)備。
為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供的用于估計(jì)太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的能量的方法包括步驟獲取太陽(yáng)能電池安裝地的平均太陽(yáng)輻射和平均溫度；根據(jù)平均環(huán)境溫度計(jì)算校正系數(shù)，由所獲得的平均太陽(yáng)輻射和校正系數(shù)以及太陽(yáng)能電池的額定功率估計(jì)所產(chǎn)生的能量，其中校正系數(shù)隨著平均環(huán)境溫度升高而增大。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供一種用于估計(jì)太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的能量的設(shè)備，包括獲取裝置，用于獲取太陽(yáng)能電池安裝地的平均太陽(yáng)輻射和平均環(huán)境溫度；計(jì)算裝置，根據(jù)平均環(huán)境溫度計(jì)算校正系數(shù)；估計(jì)裝置，由所獲取的平均太陽(yáng)輻射和校正系數(shù)以太陽(yáng)能電池的額定功率估計(jì)其所產(chǎn)生的能量，其中校正系數(shù)隨著平均環(huán)境溫度升高而增大。
以下結(jié)合附圖的說(shuō)明可以使本發(fā)明的其他特性和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，其中在所有附圖中，類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或相似部分。


圖1為一流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明計(jì)算太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的能量的過(guò)程；圖2示出了根據(jù)傳統(tǒng)公式估計(jì)出的太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的能量和實(shí)際所產(chǎn)生能量之間的比較；圖3和圖4示出了證實(shí)平均月環(huán)境溫度和非晶硅太陽(yáng)能電池的能量額定因數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)效率)之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；圖5示出了由本發(fā)明的公式所獲得的溫度校正系數(shù)D1和由傳統(tǒng)公式獲得的溫度校正系數(shù)D1’；圖6A示出了在第一實(shí)施例中使用傳統(tǒng)公式和本發(fā)明的公式估計(jì)的太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的能量以及實(shí)際所測(cè)得的能量；圖6B為一表格，示出了用于估計(jì)太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的能量的平均月環(huán)境溫度A1和每月的平均傾斜表面太陽(yáng)輻射IS1、實(shí)際測(cè)得的太陽(yáng)輻射、所產(chǎn)生的能量計(jì)算結(jié)果和實(shí)際測(cè)得的能量；圖7A示出了在第二實(shí)施例中使用傳統(tǒng)公式和本發(fā)明的公式估計(jì)的太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的能量以及實(shí)際測(cè)得的能量；圖7B為一表格，示出了用于估計(jì)太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的能量的平均月環(huán)境溫度A1和每月的平均傾斜表面太陽(yáng)輻射IS1、實(shí)際測(cè)得的太陽(yáng)輻射、所產(chǎn)生的能量的計(jì)算結(jié)果以及實(shí)際測(cè)得的能量；圖8示出了所產(chǎn)生的能量生成效率估計(jì)結(jié)果和實(shí)際測(cè)得的值；圖9A示出了在第三實(shí)施例中使用傳統(tǒng)公式和本發(fā)明的公式估計(jì)的太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的能量以及實(shí)際測(cè)得的能量；圖9B為一表格，示出了用于估計(jì)太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的能量的平均月環(huán)境溫度A1和每月的平均傾斜表面太陽(yáng)輻射IS1、所產(chǎn)生能量的計(jì)算結(jié)果和實(shí)際測(cè)得的能量；圖10示出了證實(shí)非晶硅太陽(yáng)能電池的平均組件溫度和能量額定因數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)效率)之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；圖11為一流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明計(jì)算太陽(yáng)能電池組件所產(chǎn)生的能量的過(guò)程；圖12A示出了在第四實(shí)施例中使用本發(fā)明的公式估計(jì)的太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的能量和實(shí)際上測(cè)得的能量；和圖12B為一表格，示出了用于估計(jì)太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的能量的平均月組件溫度B1和每月的平均傾斜表面太陽(yáng)輻射IS1、實(shí)際測(cè)得的太陽(yáng)輻射、所產(chǎn)生的能量的計(jì)算結(jié)果和實(shí)際測(cè)得的能量。
以下參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明用于估計(jì)太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生能量的設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例。
由戶(hù)外試驗(yàn)確定平均環(huán)境溫度校正系數(shù)α。具體地說(shuō)，沿縱坐標(biāo)畫(huà)出測(cè)試地點(diǎn)的平均月環(huán)境溫度，沿橫坐標(biāo)畫(huà)出由等式(5)表示的實(shí)際功率和額定功率之間的匹配程度。額定功率意味在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下太陽(yáng)能電池的額定輸出。
能量額定因數(shù)＝實(shí)際產(chǎn)生的能量/(R1×IS1)……(5)其中實(shí)際產(chǎn)生能量[Wh]R1太陽(yáng)能電池額定功率[W·m2/kW]IS1累計(jì)的太陽(yáng)輻射[kWh/m2]如圖3所示，平均月環(huán)境溫度和能量額定因數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)效率)呈線(xiàn)性關(guān)系。斜率定義為平均環(huán)境溫度校正系數(shù)α。在非晶硅太陽(yáng)能電池中，該平均環(huán)境溫度校正系數(shù)α具有正值。
使用按上述方法測(cè)得和計(jì)算的平均環(huán)境溫度校正系數(shù)α來(lái)估計(jì)在一平均月環(huán)境溫度高的區(qū)域中采用非晶硅太陽(yáng)能電池的光電功率生成系統(tǒng)所產(chǎn)生的能量。在這種情況下，隨著平均月環(huán)境溫度升高，在正方向上修正溫度校正系數(shù)D1，所以能夠精確地估計(jì)出所產(chǎn)生的能量。
圖5示出了使用傳統(tǒng)校正系數(shù)αpmax＝-0.0020的溫度校正系數(shù)D1’(實(shí)線(xiàn)41)，和使用由上述方法測(cè)得和計(jì)算出的平均環(huán)境溫度校正系數(shù)α的溫度校正系數(shù)D1(實(shí)線(xiàn)42)。從圖5中可以明顯地看出，隨著平均環(huán)境溫度升高，使用按本方法測(cè)得和計(jì)算出的平均環(huán)境溫度校正系數(shù)α的溫度校正系數(shù)D1經(jīng)修正增大。然而，使用傳統(tǒng)校正系數(shù)αpmax的溫度校正系數(shù)D1’經(jīng)修正減小。
圖1為一流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明模擬所產(chǎn)生能量的一個(gè)例子。該過(guò)程由例如安裝了模擬程序的個(gè)人計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行。
在步S1設(shè)置由上述方法計(jì)算的平均溫度校正系數(shù)α、塵降校正系數(shù)D2、變換器校正系數(shù)D4、陣列不平衡損耗E1，二極管損耗E3和額定功率平均環(huán)境溫度Tg。額定功率平均環(huán)境溫度Tg表示可以獲得額定功率R1的平均月溫度。
接著在步S2輸入待測(cè)的區(qū)域、待安裝太陽(yáng)能電池的屋頂?shù)膬A斜角以及屋頂?shù)姆轿?。根?jù)輸入的區(qū)域、傾斜角和方位提取平均傾斜表面太陽(yáng)輻射IS1和平均月環(huán)境溫度A1。在步S3計(jì)算溫度校正系數(shù)D1和功率傳送損耗校正系數(shù)D3。平均傾斜表面太陽(yáng)輻射IS1和平均月環(huán)境溫度A1等數(shù)據(jù)可由人工來(lái)輸入。但當(dāng)這些數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)庫(kù)準(zhǔn)備好時(shí)，就可以通過(guò)僅輸入?yún)^(qū)域來(lái)計(jì)算出溫度校正系數(shù)D1和功率傳送損耗校正系數(shù)D3，這非常方便。如果數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有與輸入?yún)^(qū)域相應(yīng)的數(shù)據(jù)，與目標(biāo)區(qū)域最近的區(qū)域的數(shù)據(jù)庫(kù)被選用。
此后，在步S4輸入用于光電功率產(chǎn)生系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池的額定功率R1。在步S5使用本發(fā)明的公式計(jì)算在該區(qū)域中產(chǎn)生的能量P1，并在步S6顯示所產(chǎn)生能量P1的計(jì)算結(jié)果。
如上所述，在本發(fā)明中，使用按上述方法測(cè)得和計(jì)算的平均環(huán)境溫度校正系數(shù)α來(lái)估計(jì)光電功率產(chǎn)生系統(tǒng)所產(chǎn)生的能量的公式(以下稱(chēng)“本發(fā)明的公式”)來(lái)估計(jì)假設(shè)太陽(yáng)能電池陣列安裝在平地上的光電功率產(chǎn)生系統(tǒng)所產(chǎn)生的能量。根據(jù)本發(fā)明的公式，當(dāng)平均月環(huán)境溫度A1高時(shí)，溫度校正系數(shù)D1大于1?？梢哉{(diào)整非晶硅太陽(yáng)能電池的性能，包括在平均月環(huán)境溫度高的夏季(高溫季節(jié))進(jìn)行退火恢復(fù)，這樣可以精確地估計(jì)實(shí)際產(chǎn)生的能量。采用基于校正系數(shù)αpmax的溫度校正系數(shù)D1’估計(jì)光電功率產(chǎn)生系統(tǒng)所產(chǎn)生能量的傳統(tǒng)的功率估算公式(以下稱(chēng)為“傳統(tǒng)公式”)，估計(jì)的在高溫季節(jié)所產(chǎn)生的能量比實(shí)際所產(chǎn)生的能量小，這樣似乎需要較大數(shù)量的太陽(yáng)能電池組件。在本發(fā)明中可以消除這種浪費(fèi)。
對(duì)于太陽(yáng)能電池，可以使用依次在基片上疊置起來(lái)的低層電極、非晶半導(dǎo)體層(包括微晶半導(dǎo)體)、透射電極和集電極電極形成的單元?？梢允褂弥T如不銹鋼之類(lèi)的金屬或聚酰亞胺之類(lèi)的樹(shù)脂作為基片。低層電極具有反射入射光的功能，可由鋁、銀或銅形成。非晶半導(dǎo)體層具有一個(gè)半導(dǎo)體PIN結(jié)，并且多個(gè)PIN結(jié)可以疊置?？梢允褂肐TO之類(lèi)作為透射電極。對(duì)于集電極電極，可印制導(dǎo)電的糊劑，或用導(dǎo)電的糊劑固定金屬布線(xiàn)。為了得到所希望的產(chǎn)生能量，將多個(gè)太陽(yáng)能電池串/并聯(lián)起來(lái)。
這些太陽(yáng)能電池用透明樹(shù)脂封裝在金屬之類(lèi)的加強(qiáng)板上。加強(qiáng)板可以彎曲形成太陽(yáng)能電池組件或裝有太陽(yáng)能電池的屋頂。另一種方法是，太陽(yáng)能電池不和加強(qiáng)板集成在一起，而是和玻璃或塑料之類(lèi)的透明部件安裝在一起構(gòu)成裝有太陽(yáng)能電池的屋頂部件。根據(jù)本發(fā)明的公式估計(jì)太陽(yáng)能電池組件、屋頂或與太陽(yáng)能電池集成在一起的屋頂部件所產(chǎn)生的能量。確定為了獲得所希望的產(chǎn)生能量所必須的組件數(shù)，并將組件安裝成一太陽(yáng)能電池板。
第一實(shí)施例圖3畫(huà)出了使用具有兩個(gè)PIN結(jié)的非晶硅層的級(jí)聯(lián)太陽(yáng)能電池組件(UPM-880可由United Solar System Co.(USSC)得到)的平均月環(huán)境溫度和能量額定因數(shù)。從所畫(huà)出的點(diǎn)可以看出，可由Y＝0.0075X+0.8393給出平均月環(huán)境溫度X和能量額定因數(shù)Y之間的線(xiàn)性關(guān)系。平均環(huán)境溫度校正系數(shù)α相應(yīng)于直線(xiàn)的斜率0.0075。當(dāng)平均月環(huán)境溫度X為21.4℃時(shí)，能量額定因數(shù)Y為1。于是，額定功率平均環(huán)境溫度Tg為21.4℃。
將具有額定輸出1.2KW的太陽(yáng)能電池板，即標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池陣列安裝在一房屋頂上，在下述條件下使用按上述方法測(cè)得和計(jì)算的平均環(huán)境溫度校正系數(shù)α估計(jì)其所產(chǎn)生的能量。
(1)安裝地點(diǎn)Nagahama-Shi，Shiga縣；方向正南，屋頂?shù)膬A斜角度為33°。
(2)引用“Chronology of Science(科學(xué)年表)”中公布的Hikone-shi，Shiga縣的平均月環(huán)境溫度數(shù)據(jù)作為平均月環(huán)境溫度，引用日本天氣協(xié)會(huì)公布的Hikone-Shi，Shiga縣的平均月太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)作為太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)。
(3)太陽(yáng)能電池陣列使用由USSC得到的56 UPM-880非晶硅太陽(yáng)能電池組件。每個(gè)組件的額定輸出＝22W，最大輸出工作電壓＝15.6V，有效面積＝3622cm2。
(4)變換器的額定輸入電壓為DC200V。
根據(jù)變換器的額定輸入電壓200V，需串聯(lián)14個(gè)最大輸出工作電壓為15.6V的太陽(yáng)能電池組件(以下稱(chēng)為“串”)。每串的額定輸出為308W，最大輸出工作電壓為218V。為了獲得總輸出1.2kW，需并聯(lián)4個(gè)串。即，太陽(yáng)能電池組件的總數(shù)為56個(gè)，額定功率R1為1.23kW·m2/kW。
本發(fā)明的公式中的校正系數(shù)可設(shè)置如下平均環(huán)境溫度校正系數(shù)α＝0.0075；額定功率平均環(huán)境溫度Tg＝21.4℃；塵降校正系數(shù)D2＝0.90；變換器校正系數(shù)D4＝0.80；陣列不平衡損耗E1＝0.0021；線(xiàn)圈損耗E2＝0.015；二極管損耗E3＝0.005；即，本發(fā)明的公式可寫(xiě)總體校正系數(shù)K＝{1+α(A1-Tg)}·D2·D3·D4＝{1+0.0075·(A1-21.4)}·0.704……(6)估計(jì)的所產(chǎn)生的能量P1＝IS1·K·R1
＝IS1·K·1.232[kWh/天] ……(7)圖6A示出了在上述條件下使用傳統(tǒng)公式和本發(fā)明的公式所獲得的產(chǎn)生的能量的計(jì)算結(jié)果以及每月光電功率產(chǎn)生系統(tǒng)實(shí)際產(chǎn)生的能量。圖6B示出了計(jì)算中使用的平均月環(huán)境溫度A1和每月的平均傾斜表面太陽(yáng)輻射IS1、實(shí)際測(cè)得的太陽(yáng)輻射、所產(chǎn)生能量的計(jì)算結(jié)果和實(shí)際測(cè)得的能量。
在圖6A中，細(xì)實(shí)線(xiàn)61表示根據(jù)傳統(tǒng)公式得出的計(jì)算結(jié)果，粗實(shí)線(xiàn)62表示根據(jù)本發(fā)明的公式得出的計(jì)算結(jié)果；虛線(xiàn)63為實(shí)際測(cè)得的結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算結(jié)果在全年中的誤差小于根據(jù)傳統(tǒng)公式的計(jì)算結(jié)果。具體地說(shuō)，本發(fā)明的計(jì)算誤差ε＝∑{(實(shí)際測(cè)得的能量-計(jì)算出的產(chǎn)生能量)2}1/2/12…(8)傳統(tǒng)公式中全年的誤差ε為10.6。本發(fā)明公式的誤差小至5.7。
如圖6A所示，當(dāng)使用傳統(tǒng)公式時(shí)，把在平均月環(huán)境溫度高的夏季產(chǎn)生的能量估計(jì)小了，把在平均月環(huán)境溫度低的冬季產(chǎn)生的能量估計(jì)大了。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的公式，隨著平均月環(huán)境溫度升高，所估計(jì)的產(chǎn)生能量變大。圖6A中由粗實(shí)線(xiàn)62表示的估計(jì)結(jié)果與實(shí)際產(chǎn)生的能量(虛線(xiàn)63)更接近。
在該實(shí)施例中，可從數(shù)據(jù)庫(kù)中直接裝載平均傾斜表面太陽(yáng)輻射IS1作為平均太陽(yáng)輻射。然而，當(dāng)使用已知的直接/擴(kuò)散太陽(yáng)輻射分類(lèi)，可通過(guò)基于平均水平表面太陽(yáng)輻射IH1的計(jì)算獲得太陽(yáng)輻射。
第二實(shí)施例圖4畫(huà)出了平均月環(huán)境溫度X和使用三聯(lián)太陽(yáng)能電池(相當(dāng)于由CANON獲得的BS-04)時(shí)匹配程度Y之間的關(guān)系，所述太陽(yáng)能電池具有帶有3個(gè)PIN結(jié)的非晶硅層。從畫(huà)出的點(diǎn)可以看出，平均月環(huán)境溫度X和能量額定因數(shù)Y之間的線(xiàn)性關(guān)系可由Y＝0.0059X+0.8791給出。平均環(huán)境溫度校正系數(shù)α相當(dāng)于回歸線(xiàn)的斜率0.0059。當(dāng)平均月環(huán)境溫度為20.5℃，功率額定因數(shù)為1。于是，額定功率平均環(huán)境溫度Tg為20.5℃。
假設(shè)一個(gè)太陽(yáng)能電池組件安裝在平地上。使用本發(fā)明的公式估計(jì)該太陽(yáng)能電池組件所產(chǎn)生的能量。使用下述條件進(jìn)行計(jì)算
(1)安裝地點(diǎn)Miyako-gun，Okinawa縣；方向正南，安裝的傾斜角為20℃。
(2)引用“Chronology of Science(科學(xué)年表)”中公布的Naha-shi，Okinawa縣的平均月環(huán)境溫度數(shù)據(jù)作為平均月環(huán)境溫度。引用日本天氣協(xié)會(huì)公布的Naha-shi，Okinawa縣平均月太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)作為太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)。
(3)太陽(yáng)能電池組件使用相當(dāng)于從CANON獲得的BS-04的非晶硅太陽(yáng)能電池組件。額定輸出＝31W、最大輸出工作電壓＝7.0V、有效面積＝1400×420mm。
本發(fā)明公式中的校正系數(shù)設(shè)置如下平均環(huán)境溫度校正系數(shù)α＝0.0059；額定功率平均環(huán)境溫度Tg＝20.5℃；塵降校正系數(shù)D2＝0.95；功率傳送損耗校正系數(shù)D3＝1.0；變換器校正系數(shù)D4＝1.0；在該實(shí)施例中，估計(jì)只由一個(gè)太陽(yáng)能電池組件產(chǎn)生的能量。為此，功率傳送損耗校正系數(shù)D3和變換器校正系數(shù)D4被設(shè)置成1.0。
即，本發(fā)明的公式可寫(xiě)成總體校正系數(shù)K＝{1+α(A1-Tg)}·D2·D3·D4＝{1+0.0059·(A1-20.5)}·0.95……(9)估計(jì)的所產(chǎn)生的能量P1＝IS1·K·R1＝IS1·K·31(Wh/天) ……(10)圖7A示出了在上述條件下使用傳統(tǒng)公式獲得的產(chǎn)生能量計(jì)算結(jié)果(細(xì)實(shí)線(xiàn)71)和使用本發(fā)明公式獲得的產(chǎn)生能量計(jì)算結(jié)果(粗實(shí)線(xiàn)72)，以及太陽(yáng)能電池組件每月實(shí)際產(chǎn)生的能量(虛線(xiàn)73)。圖7B示出了用于計(jì)算的平均月環(huán)境溫度和每月的平均傾斜表面太陽(yáng)輻射、實(shí)際測(cè)得的太陽(yáng)輻射、所產(chǎn)生能量的計(jì)算結(jié)果和實(shí)際測(cè)得的能量。
從圖7A可以看出，當(dāng)使用傳統(tǒng)公式時(shí)，把在平均月環(huán)境溫度高的夏季產(chǎn)生的能量估計(jì)小了，而把在平均月環(huán)境溫度低的冬季產(chǎn)生的能量估計(jì)大了。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的公式，隨著平均月環(huán)境溫度升高，估計(jì)的所產(chǎn)生的能量變大。由圖7A中粗實(shí)線(xiàn)72表示的估計(jì)結(jié)果與實(shí)際產(chǎn)生的能量(虛線(xiàn)73)更接近。
圖8示出了功率生成效率的計(jì)算結(jié)果。圖8示出了根據(jù)按傳統(tǒng)公式獲得的產(chǎn)生能量計(jì)算的功率生成效率(細(xì)實(shí)線(xiàn)81)和根據(jù)按本發(fā)明公式獲得的產(chǎn)生能量計(jì)算的功率生成效率(粗實(shí)線(xiàn)82)，將它們與由實(shí)際測(cè)得數(shù)據(jù)算出的功率生成效率(虛線(xiàn)83)進(jìn)行比較。從圖8可以看出，根據(jù)本發(fā)明公式估計(jì)的功率生成效率(粗實(shí)線(xiàn)82)幾乎和由實(shí)際測(cè)得數(shù)據(jù)獲得的功率生成效率(虛線(xiàn)83)相一致。功率生成效率是使用太陽(yáng)能電池有效面積4,031.5cm2計(jì)算的。
如上所述，即使在天氣條件不同于第一實(shí)施例的區(qū)域中，使用本發(fā)明的公式也可以精確地估計(jì)出所產(chǎn)生的能量。
第三實(shí)施例在該實(shí)施例中，假設(shè)包括一個(gè)太陽(yáng)能電池板和一變換器的光電功率生成設(shè)備安裝在一通用房屋中，光電功率生成設(shè)備所產(chǎn)生的能量由本發(fā)明的公式來(lái)估計(jì)。
假設(shè)太陽(yáng)能電池板的額定輸出為1.56KW，即安裝標(biāo)準(zhǔn)的太陽(yáng)能電池板。使用下述條件(1)安裝地點(diǎn)Ichikawa-shi，Chiba縣；方向?yàn)橛烧舷蛭?0°，屋頂?shù)膬A斜角為26.5°；(2)引用“Chronology Science(科學(xué)年表)”中公布的Tokyo的平均月環(huán)境溫度數(shù)據(jù)作為平均月環(huán)境溫度。引用日本天氣協(xié)會(huì)公布的Tokyo的平均月太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)作為太陽(yáng)輻射；(3)太陽(yáng)能電池陣列13個(gè)相當(dāng)于從CANON獲得的BS-03的非晶硅太陽(yáng)能電池組件以串聯(lián)方式連接形成一個(gè)串，將兩個(gè)串并聯(lián)使用。額定輸出＝60W，最大輸出工作電壓＝14V，和有效面積＝10920cm2；(4)變換器由CANON獲得的SI-02。
本發(fā)明的公式中使用的校正系數(shù)設(shè)置如下
平均環(huán)境溫度校正系數(shù)α＝0.0059；額定功率平均環(huán)境溫度Tg＝20.5℃；塵降校正系數(shù)D2＝0.95；變換器校正系數(shù)D4＝0.92；陣列不平衡損耗E1＝0.0021；線(xiàn)圈損耗E2＝0.015；二極管損耗E3＝0.005；即，本發(fā)明的公式可以寫(xiě)成總體校正系數(shù)K＝{1+α(A1-Tg)}·D2·D3·D4＝{1+0.0059·(A1-20.5)}·0.855……(11)估計(jì)的所產(chǎn)生的能量P1＝IS1·K·R1＝IS1·K·1.56[kWh/天]……(12)圖9A示出了在上述條件下由使用傳統(tǒng)公式估計(jì)的光電功率生成設(shè)備產(chǎn)生的能量獲得的計(jì)算結(jié)果(細(xì)實(shí)線(xiàn)91)和由使用本發(fā)明公式估計(jì)的光電功率生成設(shè)備產(chǎn)生的能量獲得的計(jì)算結(jié)果(粗實(shí)線(xiàn)92)，以及每月實(shí)際產(chǎn)生的能量(虛線(xiàn)93)。圖9B示出了用于計(jì)算的平均月環(huán)境溫度A1和每月的平均傾斜表面太陽(yáng)輻射IS1、所產(chǎn)生能量的計(jì)算結(jié)果和實(shí)際測(cè)得的能量。
從圖9A中可以看出，當(dāng)使用傳統(tǒng)公式時(shí)，在平均月環(huán)境溫度高的夏季把所產(chǎn)生的能量估計(jì)小了，而在平均月環(huán)境溫度低的冬季把所產(chǎn)生的能量估計(jì)大了。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的公式，隨著平均月環(huán)境溫度升高，估計(jì)的所產(chǎn)生的能量變大。由圖9A中粗實(shí)線(xiàn)表示的估計(jì)結(jié)果與實(shí)際產(chǎn)生的能量(虛線(xiàn)93)更接近。
第四實(shí)施例圖10示出了使用具有帶3個(gè)PIN結(jié)的非晶硅層的三聯(lián)太陽(yáng)能電池(相當(dāng)于從CANON獲得的BS-04)時(shí)平均月組件溫度X和能量額定因數(shù)Y之間的關(guān)系。從所畫(huà)的點(diǎn)可以看出，回歸線(xiàn)表示的平均月組件溫度X和能量額定因數(shù)Y之間的關(guān)系可由Y＝0.0039X+0.9136給出。相應(yīng)于平均環(huán)境溫度校正系數(shù)α的平均組件溫度校正系數(shù)β對(duì)應(yīng)于回歸線(xiàn)的斜率0.0039。當(dāng)平均月組件溫度為22.2℃時(shí)，能量額定因數(shù)為1。于是，額定功率平均月組件溫度Tm為22.2℃。
假設(shè)將一個(gè)太陽(yáng)能電池組件安裝在平地上。使用本發(fā)明的公式估計(jì)該太陽(yáng)能電池組件所產(chǎn)生的能量。根據(jù)圖11所示的流程圖，使用太陽(yáng)能電池組件的平均月組件溫度的實(shí)際測(cè)得的值進(jìn)行估計(jì)。
使用下述條件進(jìn)行計(jì)算(1)安裝地點(diǎn)Kizu-cho，Souraku-gun，Kyoto縣的生態(tài)研究中心的CANON的角鐵架上；方向正南；傾斜角為28.6°；(2)使用由實(shí)際在安裝地測(cè)得的太陽(yáng)能電池組件的后表面的溫度數(shù)據(jù)獲得的平均月數(shù)據(jù)值作為平均月組件溫度；(3)使用由日本天氣協(xié)會(huì)公布的鄰近Souraku-gun，Kyoto縣的Nara-shi，Nara縣的平均月傾斜表面太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)作為太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)；(4)太陽(yáng)能電池組件使用相當(dāng)于從CANON公司獲得的BS-04的非晶硅太陽(yáng)能電池組件。額定輸出＝30W，最大輸出工作電壓＝7.0V，有效區(qū)域＝1400×420mm。
本發(fā)明公式中的校正系數(shù)設(shè)置如下平均組件溫度校正系數(shù)β＝0.0039；額定功率平均組件溫度Tm＝22.2℃；塵降校正系數(shù)D2＝0.95；功率傳送損耗校正系數(shù)D3＝1.0；變換器校正系數(shù)D4＝1.0。
在該實(shí)施例中，估計(jì)僅由一個(gè)太陽(yáng)能電池組件產(chǎn)生的能量。為此，將功率傳送損耗校正系數(shù)D3和變換器校正系數(shù)D4都設(shè)置成1.0。
即，本發(fā)明的公式可以寫(xiě)成總體校正系數(shù)K＝{1+β(B1-Tm)}·D2·D3·D4＝{1+0.0039·(B1-22.2)}·0.95 ……(13)估計(jì)的所產(chǎn)生的能量P1
＝IS1·K·R1＝IS1·K·30(Wh/天) ……(14)圖12A示出了在上述條件下使用本發(fā)明公式估計(jì)太陽(yáng)能電池組件所產(chǎn)生能量而獲得的計(jì)算結(jié)果(粗實(shí)線(xiàn)112)和每月實(shí)際產(chǎn)生的能量(虛線(xiàn)113)。圖12B示出了用于計(jì)算的平均月組件溫度和平均傾斜表面太陽(yáng)輻射、實(shí)際測(cè)得的太陽(yáng)輻射、所產(chǎn)生能量的計(jì)算結(jié)果和實(shí)際測(cè)得的能量。
在圖12A中，根據(jù)本發(fā)明的公式，隨著平均月組件溫度升高，估計(jì)的所產(chǎn)生的能量增大。由圖12A中粗實(shí)線(xiàn)112表示的估計(jì)結(jié)果更接近實(shí)際產(chǎn)生的能量(虛線(xiàn)113)。
根據(jù)上述實(shí)施例，當(dāng)使用非晶硅太陽(yáng)能電池時(shí)，溫度校正系數(shù)公式中，即D1＝α(A1-Tg)的平均環(huán)境溫度校正系數(shù)α被設(shè)置成一個(gè)正值。按此方式能夠準(zhǔn)確、恰當(dāng)?shù)赜善骄颅h(huán)境溫度中估計(jì)出非晶硅太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的能量。于是，可以提供一種適于非晶硅太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)方法作為將太陽(yáng)能電池板安裝在房屋等上的太陽(yáng)能電池板設(shè)計(jì)方法。
本發(fā)明的光電功率生成設(shè)備設(shè)計(jì)方法可以按實(shí)現(xiàn)圖1和圖11流程圖所示的處理和計(jì)算的數(shù)據(jù)和程序的形式給出。程序和數(shù)據(jù)構(gòu)成了本發(fā)明。在考慮使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行光電功率生成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝時(shí)，程序和數(shù)據(jù)記錄在計(jì)算機(jī)使用的磁記錄介質(zhì)或光記錄介質(zhì)上，或通過(guò)通信媒體提供。對(duì)于本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)很明顯，在圖1和圖11所示的流程圖中，代替直接輸入平均環(huán)境溫度校正系數(shù)α和額定功率平均環(huán)境溫度Tg，或平均組件溫度校正系數(shù)β和額定功率平均組件溫度Tm，可以輸入太陽(yáng)能電池組件名稱(chēng)或序號(hào)，這樣根據(jù)組件名稱(chēng)和序號(hào)就可以獲得其相應(yīng)的系數(shù)。
由于在不背離本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可以對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行各種修改，所以應(yīng)理解，本發(fā)明不限于其具體實(shí)施例，而應(yīng)由所附權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種估計(jì)太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的能量的方法，包括步驟獲得太陽(yáng)能電池安裝地的平均太陽(yáng)輻射和平均環(huán)境溫度；根據(jù)平均溫度計(jì)算校正系數(shù)；和由所獲得的平均太陽(yáng)輻射和校正系數(shù)以及所述太陽(yáng)能電池的額定功率估計(jì)所產(chǎn)生的能量，其中校正系數(shù)隨著平均環(huán)境溫度升高而增大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所產(chǎn)生的能量P可由下式給出P＝I1·K·R1式中I1為平均太陽(yáng)輻射，K為校正系數(shù)，而R1為額定功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中校正系數(shù)K可由下式給出K＝{1+α(A1-Tg)}·D式中A1為平均環(huán)境溫度，α為與平均環(huán)境溫度A1有關(guān)的校正系數(shù)，Tg為能夠獲得額定功率R1的環(huán)境溫度，D為其它校正系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中校正系數(shù)α具有正值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中校正系數(shù)α落在范圍0.002至0.009之中。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中校正系數(shù)α可由平均月環(huán)境溫度和所述太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率之間的關(guān)系得出。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中其它校正系數(shù)D至少包括用于校正由于所述太陽(yáng)能電池的塵埃而引起的損耗的系數(shù)、用于校正由于功率傳送而引起的損耗的系數(shù)和用于校正變換器中損耗的系數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述太陽(yáng)能電池包括非晶硅太陽(yáng)能電池。
9.一種估計(jì)太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生能量的設(shè)備，包括獲得太陽(yáng)能電池安裝地的平均太陽(yáng)輻射和平均環(huán)境溫度的獲取裝置；用于根據(jù)平均環(huán)境溫度計(jì)算校正系數(shù)的計(jì)算裝置；用于根據(jù)所獲得的平均太陽(yáng)輻射和校正系數(shù)，以及所述太陽(yáng)能電池的額定功率估計(jì)所產(chǎn)生的能量的估計(jì)裝置，其中校正系數(shù)隨著環(huán)境溫度升高而增大。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，進(jìn)一步包括用于儲(chǔ)存每個(gè)地區(qū)的平均環(huán)境溫度和月太陽(yáng)輻射的存儲(chǔ)裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中所述獲取裝置從所述存儲(chǔ)裝置中讀出最接近于安裝地的一個(gè)區(qū)域的平均環(huán)境溫度和平均太陽(yáng)輻射。
12.一種估計(jì)太陽(yáng)能電池組件所產(chǎn)生的能量的方法，包括步驟獲得太陽(yáng)能電池組件安裝地的平均太陽(yáng)輻射和所述太陽(yáng)能電池組件的平均溫度；根據(jù)平均溫度計(jì)算校正系數(shù)；和由所獲得的太陽(yáng)輻射和校正系數(shù)，以及所述太陽(yáng)能電池組件的額定功率估計(jì)所產(chǎn)生的能量，其中校正系數(shù)隨著平均組件溫度升高而增大。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所產(chǎn)生的能量P可由下式給出P＝I1·K·R1式中I1為平均太陽(yáng)輻射，K為校正系數(shù)，而R1為額定功率。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中校正系數(shù)K可由下式給出K＝{1+β(B1-Tm)}·D式中B1為平均組件溫度，β為與平均組件溫度B1有關(guān)的校正系數(shù)，Tm為可以獲得額定功率R1的組件溫度，D為其它校正系數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中校正系數(shù)β具有正值。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中校正系數(shù)β落在范圍0.002至0.009之中。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中可由平均月組件溫度和所述太陽(yáng)能電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率之間的關(guān)系計(jì)算校正系數(shù)β。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中其它校正系數(shù)至少包括用于校正由于所述太陽(yáng)能電池組件的塵埃引起的損耗的系數(shù)、用于校正由于功率傳送引起的損耗的系數(shù)和用于校正變換器中損耗的系數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中太陽(yáng)能電池組件包括非晶硅太陽(yáng)能電池。
20.用于估計(jì)太陽(yáng)能電池組件所產(chǎn)生能量的設(shè)備，包括獲取太陽(yáng)能電池組件安裝地的平均太陽(yáng)輻射和所述太陽(yáng)能電池組件的平均溫度的獲取裝置；根據(jù)平均溫度計(jì)算校正系數(shù)的計(jì)算裝置；和由所獲得的平均太陽(yáng)輻射和校正系數(shù)以及所述太陽(yáng)能電池組件的額定功率估計(jì)所產(chǎn)生能量的估計(jì)裝置，其中校正系數(shù)隨著平均組件溫度升高而增大。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的設(shè)備，進(jìn)一步包括用于為每個(gè)區(qū)域存儲(chǔ)平均組件溫度和平均太陽(yáng)輻射的存儲(chǔ)裝置。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的設(shè)備，其中所述獲取裝置從所述存儲(chǔ)裝置中讀取最靠近安裝地的一個(gè)區(qū)域的平均組件溫度和平均太陽(yáng)輻射。
全文摘要
在估計(jì)太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生能量的公式中,溫度校正系數(shù)隨著月平均環(huán)境溫度升高而在負(fù)方向上校正。對(duì)于非晶硅太陽(yáng)能電池,所估計(jì)的能量比實(shí)際產(chǎn)生的能量小。為防止這一點(diǎn),根據(jù)太陽(yáng)能電池安裝地的平均月溫度計(jì)算的校正系數(shù)隨著平均月環(huán)境溫度升高而增大。由安裝地的平均太陽(yáng)輻射、所計(jì)算的校正系數(shù)和太陽(yáng)能電池的額定功率估計(jì)出所產(chǎn)生的能量。由此可以根據(jù)安裝地準(zhǔn)確地估計(jì)出非晶硅太陽(yáng)能電池或光電功率生成設(shè)備所產(chǎn)生的能量。
文檔編號(hào)G06F17/50GK1201947SQ98109660
公開(kāi)日1998年12月16日 申請(qǐng)日期1998年6月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月5日
發(fā)明者林錦洲, 為近正成, 竹原信善 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社