專利名稱：將光導(dǎo)纖維用于基于太陽能的發(fā)電廠的陰影檢測器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及基于太陽能的發(fā)電，并且更特別地涉及檢測這樣的系統(tǒng)的部件陣列可能經(jīng)歷的太陽福射率(solar radiance)變化(例如，陰影)的器件。
背景技術(shù)：
作為用于清潔和有效率的電カ產(chǎn)生的有吸引力的方式，從太陽能能量的大規(guī)模的電カ產(chǎn)生持續(xù)發(fā)展，例如可以從可自由使用并且基本上無窮無盡的能源(太陽)產(chǎn)生。在太陽輻射(solar radiation)直接轉(zhuǎn)換為電的情況下，基于太陽能的發(fā)電系統(tǒng)可以包含太陽能(例如，光伏(PV))陣列，其是太陽能模塊的鏈接的集合。太陽能模塊又由多個(gè)互連的太陽能電池或所謂的串(String)組成。電池經(jīng)由光伏效應(yīng)直接將太陽能能量轉(zhuǎn)換為直流(DC)電。 太陽能模塊的輸出功率與模塊暴露于其中的太陽福照度(solar irradiance)的水平近似成比例。將意識(shí)到，在某些應(yīng)用(例如太陽能電廠、集成于建筑的PV系統(tǒng)等)中，光伏模塊可能經(jīng)受不均勻的太陽照度(solar illumination)或所謂的輻射。不均勻的太陽輻射的可能的原因可以是由于云、鄰近的樹和/或人造建筑物、污物等引起的太陽輻射率陰暗(例如，陰影)。不管具體的原因，而太陽能模塊的遮蔽會(huì)導(dǎo)致模塊性能的退化。例如，太陽能模塊的電流-電壓(I-V)和功率-電壓(P-V)曲線的特性可以大體上受模塊暴露于其中的太陽輻射度的水平影響。此外，因?yàn)檎诒蔚碾姵乜梢员憩F(xiàn)得類似于負(fù)載(即，其可以吸取電流)，所以可能不利地影響被遮蔽的太陽能電池，這可能帶來不希望的熱點(diǎn)的形成。將意識(shí)到由陰影導(dǎo)致的次優(yōu)的性能不限于包含直接轉(zhuǎn)換部件的系統(tǒng)。例如，包含例如太陽能收集器等部件的間接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)也可能受陰影的存在的影響。已知將日射強(qiáng)度計(jì)(pyranometer)用于測量太陽福射率。日射強(qiáng)度計(jì)是熱響應(yīng)裝置，而因此他們的響應(yīng)中可能相對遲緩。例如，日射強(qiáng)度計(jì)可能不適用于精確地檢測(例如可能由于移動(dòng)的云而發(fā)生的)快速太陽輻射率波動(dòng)。還已知將PV傳感器用于測量太陽輻射率。PV傳感器可以由其輸出功率可以取決于太陽能電池的操作溫度的太陽能電池組成，這意味著可能需要溫度感測以抵消熱效應(yīng)。此外，盡管PV傳感器可以具有比日射強(qiáng)度計(jì)快的響應(yīng)，但是PV傳感器在他們測量中比日射強(qiáng)度計(jì)傾向于更不精確。鑒于前面的考慮，會(huì)希望提供可靠的、精確的、相對快速響應(yīng)以及低成本的器件來確定基于太陽能的發(fā)電系統(tǒng)中的陰影的存在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各方面可以通過基于太陽能的發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，作為可以包含響應(yīng)太陽輻射率的部件的陣列。部件可以放置于場上的各個(gè)位置上。該系統(tǒng)還可以包含具有耦合到部件陣列并且安排為接收太陽輻射率的各個(gè)第一端的多個(gè)光纖。該多個(gè)光纖還可以具有安排為輸出指示該場的各個(gè)位置上的各個(gè)太陽輻射率水平的各個(gè)光信號(hào)的各個(gè)第二端。可以耦合光電電路以接收來自多個(gè)光纖的各個(gè)光信號(hào)并且產(chǎn)生指示呈現(xiàn)在該場的各個(gè)位置的至少ー個(gè)或多個(gè)上的陰影狀況(shadow condition)的各個(gè)信號(hào)。控制器可以響應(yīng)來自光電電路的各個(gè)信號(hào)并且配置為執(zhí)行考慮呈現(xiàn)在該場的各個(gè)位置的ー個(gè)或多個(gè)上的陰影狀況的用于部件陣列的控制策略。本發(fā)明的其他各方面可以通過在具有響應(yīng)太陽輻射率的部件陣列的基于太陽能的發(fā)電系統(tǒng)中確定陰影的存在的器件而實(shí)現(xiàn)。部件可以放置于場上的各個(gè)位置上。器件可以包含具有耦合到部件陣列并且安排為接收太陽輻射率的各個(gè)第一端的多個(gè)光纖。該多個(gè)光纖可以具有安排為輸出指示在該場的各個(gè)位置上的各個(gè)太陽輻射率水平的各個(gè)光信號(hào)的各個(gè)第二端。可以耦合光電電路以接收來自多個(gè)光纖的各個(gè)光信號(hào)并且產(chǎn)生指示呈現(xiàn)在該場的各個(gè)位置的至少ー個(gè)或多個(gè)上的陰影狀況的各個(gè)信號(hào)。本發(fā)明的另外的其他各方面可以通過基于太陽能的發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，其可以包含放置于場上的各個(gè)位置上的光伏模塊的陣列。該系統(tǒng)還可以包含具有耦合到光伏模塊的陣列并且安排為接收太陽輻射率的各個(gè)第一端的多個(gè)光纖。該多個(gè)光纖可以具有輸出指示在該場的各個(gè)位置上的各個(gè)太陽輻射率水平的各個(gè)光信號(hào)的各個(gè)第二端。光檢測器裝置可以響 信號(hào)并且產(chǎn)生指示呈現(xiàn)在該場的各個(gè)位置的至少ー個(gè)或多個(gè)上的陰影狀況的各個(gè)信號(hào)?？刂破骺梢皂憫?yīng)來自處理器的各個(gè)信號(hào)并且配置為執(zhí)行考慮呈現(xiàn)在該場的各個(gè)位置的ー個(gè)或多個(gè)上的陰影狀況的用于光伏模塊的陣列的控制策略。


當(dāng)參照附圖閱讀以下的詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其他特征、方面以及優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，其中在通篇附圖中類似的字符表示類似的元件，其中
圖I是根據(jù)本發(fā)明的各方面的包含用于檢測太陽輻射率變化(例如，陰影)的器件的示例實(shí)施例的示例基于太陽能的發(fā)電系統(tǒng)(例如，實(shí)用規(guī)模PVエ廠)的概略表示。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的各方面的用于檢測太陽輻射率變化的器件的另ー示例實(shí)施例的概略表示。圖3是根據(jù)本發(fā)明的各方面的可作為用于檢測太陽輻射率變化的器件的一部分的光電電路的ー個(gè)不例實(shí)施例的框圖表不。
具體實(shí)施例方式圖I是基于太陽能的發(fā)電系統(tǒng)10 (例如可以用于從太陽能能量產(chǎn)生電力)的示例實(shí)施例的概略表示。系統(tǒng)10可以包含響應(yīng)太陽輻射率的部件的陣列，例如光伏(PV)模塊的陣列或串12，其每個(gè)可以由多個(gè)互連的太陽能電池14組成。部件放置于場11上的各個(gè)位置(例如，間隔開的位置)上，場11例如作為可以包含相對大的表面積(例如，可能數(shù)百英畝)的實(shí)用規(guī)模的太陽能場。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易地意識(shí)的，PV模塊12可以串聯(lián)連接電路(串)以獲得所希望的電壓，而且這樣串聯(lián)連接的PV模塊的各個(gè)串可以為彼此并聯(lián)連接的電路以獲得所希望的電流?？梢岳靡粋€(gè)或多個(gè)電子轉(zhuǎn)換器(例如，逆變器，未示出)以將通過所連接的PV模塊的總合產(chǎn)出的DC電カ轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)兼容的交流電(AC)。本發(fā)明的示例實(shí)施例可以包含用于檢測可能影響系統(tǒng)10的一個(gè)或多個(gè)部件(例如，PV模塊12)的太陽輻射率變化(例如，陰影)的可能具有成本效益的和可靠的器件15。將意識(shí)到本發(fā)明的各方面沒有僅限制于包含能夠直接將太陽輻射轉(zhuǎn)換為電的部件的系統(tǒng)。例如，本發(fā)明的各方面可以容易應(yīng)用于任何基于太陽能的發(fā)電系統(tǒng)，例如可以包含用于間接將太陽輻射轉(zhuǎn)換為電的部件、加熱或冷卻系統(tǒng)(例如太陽能集熱器)。能受益于本發(fā)明的各方面的示例系統(tǒng)可以是光伏系統(tǒng)、集中式光伏系統(tǒng)、太陽能集熱器等。因此，針對包含PV模塊的基于太陽能的發(fā)電系統(tǒng)的前面的描述應(yīng)該理解為示例意思而不是限制意思。在一個(gè)示例實(shí)施例中，PV模塊12可以包含多個(gè)安排為獲得指示遮蔽狀況(shadowing condition)的太陽福射率測量的光纖16。在一個(gè)示例實(shí)施例中,可以暴露該光纖的各個(gè)第一端18來接收太陽輻射率以在光纖的各個(gè)第二端20輸出指示在場的各個(gè)位置上的各個(gè)太陽輻射率水平的各個(gè)光信號(hào)。在一個(gè)示例實(shí)施例中，光纖16可以耦合到光電電路22以合適地獲取、調(diào)理以及處 理來自光纖16的各個(gè)光信號(hào)以確定陰影狀況是否可以呈現(xiàn)在場的各個(gè)位置的至少ー個(gè)或多個(gè)上。將意識(shí)到可以耦合到部件的陣列的光纖16的數(shù)量可以選擇以提供任何所希望的用于場11上的太陽輻射率測量的空間分辨率。因此，將意識(shí)到本發(fā)明的各方面不限制于每PV模塊的光纖的任何數(shù)量。此外，盡管圖I圖示位于PV模塊或支架系統(tǒng)的相反的縱向端的光纖16的各個(gè)第一端18,但是將意識(shí)到本發(fā)明的各方面不限制于用于光纖16的各個(gè)第一端18的任何具體位置。在一個(gè)示例實(shí)施例中，可以在接近場11的外圍安排光纖16的各個(gè)第一端18。因此，圖I和圖2中圖示的光纖的數(shù)量和/或位置應(yīng)該理解為示例意思而不是限制意思。在圖2所示出的示例實(shí)施例中，多個(gè)放大鏡24可以光學(xué)地耦合到多個(gè)光纖16的各個(gè)第一端18以便于太陽輻射率向光纖的有效轉(zhuǎn)移。這可以是適用于暴露于通常較低水平的太陽輻射率的氣候區(qū)域(例如，緯度)的示例選項(xiàng)。圖3是作為可以包含數(shù)據(jù)采集(DAQ)單元30的光電電路22的一個(gè)示例實(shí)施例的框圖表示，DAQ單元30例如多通道DAQ單元以獲取和調(diào)理來自多個(gè)光纖16的光信號(hào)。在一個(gè)示例實(shí)施例中，DAQ単元30可以包含耦合到多個(gè)光纖的各個(gè)第二端的主光接線盒(mainoptical junction box) 32。作為可以包含一個(gè)或多個(gè)光檢測器(photodetector)的光檢測器裝置34，可以安排為接收來自耦合到接線盒32的多個(gè)光纖的各個(gè)光信號(hào)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到標(biāo)準(zhǔn)復(fù)用技術(shù)可以容易地用于降低在光檢測器裝置34中所采用的光檢測器的數(shù)量。例如，單個(gè)光檢測器可以響應(yīng)來自多個(gè)光纖的以各個(gè)時(shí)間間隔順序采樣的光信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器36可以用于將來自光檢測器裝置34的模擬輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為各個(gè)數(shù)字信號(hào)?？梢择詈咸幚砥?8以處理數(shù)字化的光檢測器輸出信號(hào)并且產(chǎn)生呈現(xiàn)在至少ー個(gè)或多個(gè)光伏模塊上的陰影狀況的各個(gè)指示。處理器38可以配置為將給定的光信號(hào)與發(fā)電廠的各個(gè)PV模塊和/或串唯一地關(guān)聯(lián)。這種關(guān)聯(lián)可以用任何所希望的間隔尺寸(granularity)水平建立，例如可以允許識(shí)別可以經(jīng)歷遮蔽狀況的各個(gè)PV模塊區(qū)域和/或串區(qū)域。將意識(shí)到光電電路22可以是獨(dú)立的単元或可以集成到電子轉(zhuǎn)換器或發(fā)電系統(tǒng)的任何其他単元，這是因?yàn)榭梢越档桶惭b和/或操縱成本。在示例實(shí)施例中，控制器40可以響應(yīng)來自光電電路22的各個(gè)信號(hào)并且可以配置為執(zhí)行考慮可以呈現(xiàn)在場的各個(gè)位置的ー個(gè)或多個(gè)上的陰影狀況的用于部件陣列的控制策略。在一個(gè)示例實(shí)施例中，用于部件陣列的控制策略可以配置為用于部件陣列的至少ー些的適應(yīng)性控制電路互連。例如，用于至少ー些PV模塊12的串聯(lián)電路和/或并聯(lián)電路連接可以基于在場的各個(gè)位置的一個(gè)或多個(gè)上的陰影狀況而動(dòng)態(tài)地重新配置。在ー個(gè)示例實(shí)施例中，可以基于在場的各個(gè)位置的一個(gè)或多個(gè)上的陰影狀況而適應(yīng)逆變器控制策略。例如，逆變器控制策略可以適應(yīng)于更適當(dāng)?shù)夭倏v可能經(jīng)歷陰影狀況的PV模塊的電流-電壓(I-V)和功率-電壓(P-V)曲線的改變的特性。因此，將意識(shí)到由控制器40執(zhí)行的控制策略可能沒有消除陰影狀況(例如，其不能使云重定向或驅(qū)散云)但考慮任何這樣的陰影狀況而動(dòng)態(tài)地適應(yīng)發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)單元的操作可以是有用的?？刂破?0可以實(shí)現(xiàn)為獨(dú)立的控制器或PVエ廠的監(jiān)控系統(tǒng)的一部分。以下用于概念解釋的目的而提供簡單的示例。讓我們假設(shè)方形的場可以繪制成四個(gè)象限(區(qū)域)并且讓我們還假設(shè)四個(gè)光纖分別安排為感測場的四個(gè)不同象限的每個(gè)的太 陽輻射率。當(dāng)光信號(hào)具有相對較低的光強(qiáng)(相對于其余三個(gè)光纖的光信號(hào)強(qiáng)度)，此示例情況可能會(huì)指示用干與具有相對較低強(qiáng)度的信號(hào)關(guān)聯(lián)的象限中的遮蔽狀況。類似地，在兩個(gè)光信號(hào)具有相對較低的光強(qiáng)(相對于其余兩個(gè)象限的光信號(hào)強(qiáng)度)的示例情況下，這可能會(huì)指示與具有相對較低的光強(qiáng)的信號(hào)關(guān)聯(lián)的兩個(gè)象限中的遮蔽狀況。在所有四個(gè)光信號(hào)具有相對較低的光強(qiáng)(相對于期望的強(qiáng)度，例如，睛朗狀況的期望的強(qiáng)度)的示例情況下，這可能會(huì)指示整個(gè)場的遮蔽狀況。從前面的描述應(yīng)該意識(shí)到，本發(fā)明的各方面導(dǎo)致具有成本效益的、快速響應(yīng)以及可靠的用于檢測太陽輻射率變化(例如，陰影)的器件，因?yàn)榭梢杂糜诟鞣N包含位于相對大的表面積上的部件陣列的基于太陽能的發(fā)電系統(tǒng)，例如，實(shí)用規(guī)模的太陽能場。雖然僅本發(fā)明的某些特征已經(jīng)在本文圖示和描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到很多修改和改變。因此，應(yīng)理解所附的權(quán)利要求_在覆蓋落入本發(fā)明的真實(shí)精神內(nèi)的所有這樣的修改以及改變。元件列表
10基于太陽能的發(fā)電系統(tǒng) 11場
12光伏模塊 14太陽能電池
15檢測太陽輻射率變化(例如，陰影)的器件 16光纖
18光纖的第一端 20光纖的第二端 22光電電路 24放大鏡 30數(shù)據(jù)采集單元 32接線盒34光檢測器裝置 36模數(shù)轉(zhuǎn)換器38處理器40控制器。
權(quán)利要求
1.一種基于太陽能的發(fā)電系統(tǒng)(10),包含 響應(yīng)太陽輻射率的部件(12)的陣列，所述部件放置于場(11)上各個(gè)位置上； 多個(gè)光纖(16)，具有耦合到所述部件的陣列并且安排為接收太陽輻射率的各個(gè)第一端(18)，所述多個(gè)光纖(16)具有安排為輸出指示在所述場(11)的所述各個(gè)位置上的各個(gè)太陽輻射率水平的各個(gè)光信號(hào)的各個(gè)第二端(20)； 光電電路(22)，被耦合以接收來自所述多個(gè)光纖(16)的所述各個(gè)光信號(hào)并且產(chǎn)生指示呈現(xiàn)在所述場(11)的所述各個(gè)位置的至少一個(gè)或多個(gè)上的陰影狀況的各個(gè)信號(hào)；以及 控制器(40 )，響應(yīng)來自所述光電電路(22 )的所述各個(gè)信號(hào)，并且配置為執(zhí)行考慮呈現(xiàn)在所述場(11)的所述各個(gè)位置的所述至少一個(gè)或多個(gè)上的所述陰影狀況的用于所述部件的陣列的控制策略。
2.如權(quán)利要求I所述的基于太陽能的發(fā)電系統(tǒng)，其中所述部件的陣列包含光伏模塊的陣列。
3.如權(quán)利要求I所述的基于太陽能的發(fā)電系統(tǒng)，其中所述部件的陣列包含太陽能收集器的陣列。
4.如權(quán)利要求I所述的基于太陽能的發(fā)電系統(tǒng)，其中用于所述部件的陣列的所述控制策略配置為適應(yīng)性控制所述部件的陣列的至少一些的電路互連。
5.如權(quán)利要求I所述的基于太陽能的發(fā)電系統(tǒng)，其中所述多個(gè)光纖(16)的至少一些具有安排于接近所述場(11)的外圍的其各個(gè)第一端(18 )。
6.如權(quán)利要求I所述的基于太陽能的發(fā)電系統(tǒng)，其中所述光電電路(22)包含數(shù)據(jù)采集單元(30)，所述數(shù)據(jù)采集單元(30)包括耦合到所述多個(gè)光纖(16)的所述各個(gè)第二端(20)的主光接線盒(32)。
7.如權(quán)利要求6所述的基于太陽能的發(fā)電系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)采集單元(30)還包含響應(yīng)來自所述多個(gè)光纖(16 )的所述各個(gè)光信號(hào)的光檢測器裝置(34 )。
8.如權(quán)利要求7所述的基于太陽能的發(fā)電系統(tǒng)，其中所述光電電路(22)還包含處理器(38)，耦合到所述光檢測器裝置(34)以處理各個(gè)光檢測器輸出信號(hào)并且產(chǎn)生指示呈現(xiàn)在所述場(11)的所述各個(gè)位置的所述至少一個(gè)或多個(gè)的所述陰影狀況的所述各個(gè)信號(hào)。
9.如權(quán)利要求I所述的基于太陽能的發(fā)電系統(tǒng)，還包含光學(xué)地耦合到所述多個(gè)光纖(16)的所述各個(gè)第一端(18)的多個(gè)放大鏡(24)。
10.一種基于太陽能的發(fā)電系統(tǒng)(10),包含 光伏模塊(12)的陣列，放置于場(11)上的各個(gè)位置上； 多個(gè)光纖(16)，具有耦合到所述光伏模塊的陣列并且安排為接收太陽輻射率的各個(gè)第一端(18)，所述多個(gè)光纖(16)具有各個(gè)第二端(20)以輸出指示在所述場(11)的所述各個(gè)位置上的各個(gè)太陽輻射率水平的各個(gè)光信號(hào)； 光檢測器裝置(34)，響應(yīng)來自所述多個(gè)光纖(16)的所述各個(gè)光信號(hào)； 處理器(38)，耦合到所述光檢測器裝置(34)以處理各個(gè)光檢測器輸出信號(hào)并且產(chǎn)生指示呈現(xiàn)在所述場(11)的所述各個(gè)位置的至少一個(gè)或多個(gè)上的陰影狀況的各個(gè)信號(hào)；以及 控制器(40)，響應(yīng)來自所述處理器(38)的所述各個(gè)信號(hào)并且配置為執(zhí)行考慮呈現(xiàn)在所述場(11)的所述各個(gè)位置的所述至少一個(gè)或多個(gè)的所述陰影狀況的用于所述光伏模塊的陣列的控制策略。
11.如權(quán)利要求10所述的基于太陽能的發(fā)電系統(tǒng)，其中用于所述部件的陣列的所述控制策略配置為適應(yīng)性控制所述部件的陣列的至少一些的電路互連。
全文摘要
本發(fā)明將光導(dǎo)纖維用于基于太陽能的發(fā)電廠的陰影檢測器件，基于太陽能的發(fā)電系統(tǒng)(10)可以包含響應(yīng)太陽輻射率的部件(12)的陣列。部件可以放置于場(11)上的各個(gè)位置上。該系統(tǒng)還可以包含具有耦合到該部件陣列并且安排為接收太陽輻射率的各個(gè)第一端(18)的多個(gè)光纖(16)。多個(gè)光纖(16)可以具有安排為輸出指示在場(11)的各個(gè)位置上的各個(gè)太陽輻射率水平的各個(gè)光信號(hào)的各個(gè)第二端(20)?？梢择詈瞎怆婋娐?22)以接收來自該多個(gè)光纖(16)的各個(gè)光信號(hào)并且產(chǎn)生指示呈現(xiàn)在場(11)的各個(gè)位置的至少一個(gè)或多個(gè)上的陰影狀況的各個(gè)信號(hào)。
文檔編號(hào)G01J1/44GK102832847SQ20121019751
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月15日
發(fā)明者Y.N.門德斯埃爾南德斯, O.邁爾, M.策特爾, O.斯特恩, T.費(fèi)倫奇, M.施米德特 申請人:通用電氣公司