專利名稱：估計太陽能電池所產(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)明涉及用于估計太陽能電池所產(chǎn)生的能量的方法和裝置，特別是，估計非晶硅太陽能電池所產(chǎn)生的能量的方法和設(shè)備。
太陽能電池由其屬性所決定易受諸如太陽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)太陽能電池的安置條件估計其所產(chǎn)生的能量，可以使用太陽輻射或溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬。特別是近年來用于一般住宅的太陽能電池非常流行。為了設(shè)計所必須的太陽能電池組件的數(shù)目，必須估計出在太陽能電池安裝地所產(chǎn)生的能量。
在“Guidebook for Design of Photovoltaic Power GenerationSystem”(OHM-Sha)中公開了一種估計太陽能電池所產(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。使用平均傾斜太陽輻射IS1，輸入總體校正系數(shù)K和太陽能電池的額定功率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(單晶太陽能電池)-0.0044(多晶太陽能電池)-0.0020(非晶硅太陽能電池)Tcm平均月環(huán)境溫度A1+15℃Ts標(biāo)準(zhǔn)條件下太陽能電池溫度＝25℃使用陣列不平衡損耗E1、線圈損耗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)使用上述計算光電功率生成系統(tǒng)的月產(chǎn)生能量的基本公式來估計在一給定區(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能電池，所估計的產(chǎn)生能量要比實際產(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能電池，所估計的產(chǎn)生能量要比實際產(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的每月所產(chǎn)生的能量(實線11)和實際所產(chǎn)生的能量(虛線12)。實線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)，估計的所產(chǎn)生的能量與實際所產(chǎn)生的能量之間的差別變大。
正如所知的那樣，非晶硅太陽能電池由其屬性決定具有光衰減現(xiàn)象由于長期戶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，所以通過加熱退火可恢復(fù)到初始性能。這稱作退火恢復(fù)。
太陽能電池由戶外的太陽射線產(chǎn)生能量。在戶外，太陽能電池不僅吸收產(chǎn)生功率所必須的太陽射線，而且還吸收對產(chǎn)生功率不起作用的光成份。將對產(chǎn)生功率不起作用的光能轉(zhuǎn)變成熱能來增高太陽能電池組件的溫度。實際上，在平均月環(huán)境溫度為2℃至3℃的冬天，太陽能電池組件在產(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，太陽能電池組件的溫度有時超過60℃。為此，隨著環(huán)境溫度或組件溫度的升高，可以通過上述的退火恢復(fù)來恢復(fù)非晶硅太陽能電池性能并產(chǎn)生大的功率。這樣，其屬性與晶體太陽能電池相反。
當(dāng)使用上述基本公式估計采用非晶硅太陽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)生的能量估計大了。這樣對于每月來說，所估計的產(chǎn)生能量和實際產(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)安裝地點精確地估計出太陽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)明的一個方面，提供的用于估計太陽能電池所產(chǎn)生的能量的方法包括步驟獲取太陽能電池安裝地的平均太陽輻射和平均溫度；根據(jù)平均環(huán)境溫度計算校正系數(shù)，由所獲得的平均太陽輻射和校正系數(shù)以及太陽能電池的額定功率估計所產(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，提供一種用于估計太陽能電池所產(chǎn)生的能量的設(shè)備，包括獲取裝置，用于獲取太陽能電池安裝地的平均太陽輻射和平均環(huán)境溫度；計算裝置，根據(jù)平均環(huán)境溫度計算校正系數(shù)；估計裝置，由所獲取的平均太陽輻射和校正系數(shù)以太陽能電池的額定功率估計其所產(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)合附圖的說明可以使本發(fā)明的其他特性和優(yōu)點更加清楚，其中在所有附圖中，類似的標(biāo)號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)明計算太陽能電池所產(chǎn)生的能量的過程；圖2示出了根據(jù)傳統(tǒng)公式估計出的太陽能電池所產(chǎn)生的能量和實際所產(chǎn)生能量之間的比較；圖3和圖4示出了證實平均月環(huán)境溫度和非晶硅太陽能電池的能量額定因數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)效率)之間關(guān)系的實驗結(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示出了在第一實施例中使用傳統(tǒng)公式和本發(fā)明的公式估計的太陽能電池所產(chǎn)生的能量以及實際所測得的能量；圖6B為一表格，示出了用于估計太陽能電池所產(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輻射IS1、實際測得的太陽輻射、所產(chǎn)生的能量計算結(jié)果和實際測得的能量；圖7A示出了在第二實施例中使用傳統(tǒng)公式和本發(fā)明的公式估計的太陽能電池所產(chǎn)生的能量以及實際測得的能量；圖7B為一表格，示出了用于估計太陽能電池所產(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輻射IS1、實際測得的太陽輻射、所產(chǎn)生的能量的計算結(jié)果以及實際測得的能量；圖8示出了所產(chǎn)生的能量生成效率估計結(jié)果和實際測得的值；圖9A示出了在第三實施例中使用傳統(tǒng)公式和本發(fā)明的公式估計的太陽能電池所產(chǎn)生的能量以及實際測得的能量；圖9B為一表格，示出了用于估計太陽能電池所產(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輻射IS1、所產(chǎn)生能量的計算結(jié)果和實際測得的能量；圖10示出了證實非晶硅太陽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)系的實驗結(jié)果；圖11為一流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明計算太陽能電池組件所產(chǎn)生的能量的過程；圖12A示出了在第四實施例中使用本發(fā)明的公式估計的太陽能電池所產(chǎn)生的能量和實際上測得的能量；和圖12B為一表格，示出了用于估計太陽能電池所產(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輻射IS1、實際測得的太陽輻射、所產(chǎn)生的能量的計算結(jié)果和實際測得的能量。
以下參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明用于估計太陽能電池所產(chǎn)生能量的設(shè)備的優(yōu)選實施例。
由戶外試驗確定平均環(huán)境溫度校正系數(shù)α。具體地說，沿縱坐標(biāo)畫出測試地點的平均月環(huán)境溫度，沿橫坐標(biāo)畫出由等式(5)表示的實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)測試條件下太陽能電池的額定輸出。
能量額定因數(shù)＝實際產(chǎn)生的能量/(R1×IS1)……(5)其中實際產(chǎn)生能量[Wh]R1太陽能電池額定功率[W·m2/kW]IS1累計的太陽輻射[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。
使用按上述方法測得和計算的平均環(huán)境溫度校正系數(shù)α來估計在一平均月環(huán)境溫度高的區(qū)域中采用非晶硅太陽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’(實線41)，和使用由上述方法測得和計算出的平均環(huán)境溫度校正系數(shù)α的溫度校正系數(shù)D1(實線42)。從圖5中可以明顯地看出，隨著平均環(huán)境溫度升高，使用按本方法測得和計算出的平均環(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)生能量的一個例子。該過程由例如安裝了模擬程序的個人計算機來執(zhí)行。
在步S1設(shè)置由上述方法計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輸入待測的區(qū)域、待安裝太陽能電池的屋頂?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輻射IS1和平均月環(huán)境溫度A1。在步S3計算溫度校正系數(shù)D1和功率傳送損耗校正系數(shù)D3。平均傾斜表面太陽輻射IS1和平均月環(huán)境溫度A1等數(shù)據(jù)可由人工來輸入。但當(dāng)這些數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)庫準(zhǔn)備好時，就可以通過僅輸入?yún)^(qū)域來計算出溫度校正系數(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)庫中沒有與輸入?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)的太陽能電池的額定功率R1。在步S5使用本發(fā)明的公式計算在該區(qū)域中產(chǎn)生的能量P1，并在步S6顯示所產(chǎn)生能量P1的計算結(jié)果。
如上所述，在本發(fā)明中，使用按上述方法測得和計算的平均環(huán)境溫度校正系數(shù)α來估計光電功率產(chǎn)生系統(tǒng)所產(chǎn)生的能量的公式(以下稱“本發(fā)明的公式”)來估計假設(shè)太陽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，溫度校正系數(shù)D1大于1。可以調(diào)整非晶硅太陽能電池的性能，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實際產(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(以下稱為“傳統(tǒng)公式”)，估計的在高溫季節(jié)所產(chǎn)生的能量比實際所產(chǎn)生的能量小，這樣似乎需要較大數(shù)量的太陽能電池組件。在本發(fā)明中可以消除這種浪費。
對于太陽能電池，可以使用依次在基片上疊置起來的低層電極、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如不銹鋼之類的金屬或聚酰亞胺之類的樹脂作為基片。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)體層具有一個半導(dǎo)體PIN結(jié)，并且多個PIN結(jié)可以疊置。可以使用ITO之類作為透射電極。對于集電極電極，可印制導(dǎo)電的糊劑，或用導(dǎo)電的糊劑固定金屬布線。為了得到所希望的產(chǎn)生能量，將多個太陽能電池串/并聯(lián)起來。
這些太陽能電池用透明樹脂封裝在金屬之類的加強板上。加強板可以彎曲形成太陽能電池組件或裝有太陽能電池的屋頂。另一種方法是，太陽能電池不和加強板集成在一起，而是和玻璃或塑料之類的透明部件安裝在一起構(gòu)成裝有太陽能電池的屋頂部件。根據(jù)本發(fā)明的公式估計太陽能電池組件、屋頂或與太陽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能電池板。
第一實施例圖3畫出了使用具有兩個PIN結(jié)的非晶硅層的級聯(lián)太陽能電池組件(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)。從所畫出的點可以看出，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之間的線性關(guān)系。平均環(huán)境溫度校正系數(shù)α相應(yīng)于直線的斜率0.0075。當(dāng)平均月環(huán)境溫度X為21.4℃時，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的太陽能電池板，即標(biāo)準(zhǔn)太陽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得和計算的平均環(huán)境溫度校正系數(shù)α估計其所產(chǎn)生的能量。
(1)安裝地點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)會公布的Hikone-Shi，Shiga縣的平均月太陽輻射數(shù)據(jù)作為太陽輻射數(shù)據(jù)。
(3)太陽能電池陣列使用由USSC得到的56 UPM-880非晶硅太陽能電池組件。每個組件的額定輸出＝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個最大輸出工作電壓為15.6V的太陽能電池組件(以下稱為“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個串。即，太陽能電池組件的總數(shù)為56個，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；線圈損耗E2＝0.015；二極管損耗E3＝0.005；即，本發(fā)明的公式可寫總體校正系數(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)生的能量的計算結(jié)果以及每月光電功率產(chǎn)生系統(tǒng)實際產(chǎn)生的能量。圖6B示出了計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輻射IS1、實際測得的太陽輻射、所產(chǎn)生能量的計算結(jié)果和實際測得的能量。
在圖6A中，細(xì)實線61表示根據(jù)傳統(tǒng)公式得出的計算結(jié)果，粗實線62表示根據(jù)本發(fā)明的公式得出的計算結(jié)果；虛線63為實際測得的結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明的計算結(jié)果在全年中的誤差小于根據(jù)傳統(tǒng)公式的計算結(jié)果。具體地說，本發(fā)明的計算誤差ε＝∑{(實際測得的能量-計算出的產(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，把在平均月環(huán)境溫度高的夏季產(chǎn)生的能量估計小了，把在平均月環(huán)境溫度低的冬季產(chǎn)生的能量估計大了。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，所估計的產(chǎn)生能量變大。圖6A中由粗實線62表示的估計結(jié)果與實際產(chǎn)生的能量(虛線63)更接近。
在該實施例中，可從數(shù)據(jù)庫中直接裝載平均傾斜表面太陽輻射IS1作為平均太陽輻射。然而，當(dāng)使用已知的直接/擴散太陽輻射分類，可通過基于平均水平表面太陽輻射IH1的計算獲得太陽輻射。
第二實施例圖4畫出了平均月環(huán)境溫度X和使用三聯(lián)太陽能電池(相當(dāng)于由CANON獲得的BS-04)時匹配程度Y之間的關(guān)系，所述太陽能電池具有帶有3個PIN結(jié)的非晶硅層。從畫出的點可以看出，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)一個太陽能電池組件安裝在平地上。使用本發(fā)明的公式估計該太陽能電池組件所產(chǎn)生的能量。使用下述條件進(jìn)行計算
(1)安裝地點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)會公布的Naha-shi，Okinawa縣平均月太陽輻射數(shù)據(jù)作為太陽輻射數(shù)據(jù)。
(3)太陽能電池組件使用相當(dāng)于從CANON獲得的BS-04的非晶硅太陽能電池組件。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；在該實施例中，估計只由一個太陽能電池組件產(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)生能量計算結(jié)果(細(xì)實線71)和使用本發(fā)明公式獲得的產(chǎn)生能量計算結(jié)果(粗實線72)，以及太陽能電池組件每月實際產(chǎn)生的能量(虛線73)。圖7B示出了用于計算的平均月環(huán)境溫度和每月的平均傾斜表面太陽輻射、實際測得的太陽輻射、所產(chǎn)生能量的計算結(jié)果和實際測得的能量。
從圖7A可以看出，當(dāng)使用傳統(tǒng)公式時，把在平均月環(huán)境溫度高的夏季產(chǎn)生的能量估計小了，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，估計的所產(chǎn)生的能量變大。由圖7A中粗實線72表示的估計結(jié)果與實際產(chǎn)生的能量(虛線73)更接近。
圖8示出了功率生成效率的計算結(jié)果。圖8示出了根據(jù)按傳統(tǒng)公式獲得的產(chǎn)生能量計算的功率生成效率(細(xì)實線81)和根據(jù)按本發(fā)明公式獲得的產(chǎn)生能量計算的功率生成效率(粗實線82)，將它們與由實際測得數(shù)據(jù)算出的功率生成效率(虛線83)進(jìn)行比較。從圖8可以看出，根據(jù)本發(fā)明公式估計的功率生成效率(粗實線82)幾乎和由實際測得數(shù)據(jù)獲得的功率生成效率(虛線83)相一致。功率生成效率是使用太陽能電池有效面積4,031.5cm2計算的。
如上所述，即使在天氣條件不同于第一實施例的區(qū)域中，使用本發(fā)明的公式也可以精確地估計出所產(chǎn)生的能量。
第三實施例在該實施例中，假設(shè)包括一個太陽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)明的公式來估計。
假設(shè)太陽能電池板的額定輸出為1.56KW，即安裝標(biāo)準(zhǔn)的太陽能電池板。使用下述條件(1)安裝地點Ichikawa-shi，Chiba縣；方向為由正南向西20°，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)會公布的Tokyo的平均月太陽輻射數(shù)據(jù)作為太陽輻射；(3)太陽能電池陣列13個相當(dāng)于從CANON獲得的BS-03的非晶硅太陽能電池組件以串聯(lián)方式連接形成一個串，將兩個串并聯(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)公式估計的光電功率生成設(shè)備產(chǎn)生的能量獲得的計算結(jié)果(細(xì)實線91)和由使用本發(fā)明公式估計的光電功率生成設(shè)備產(chǎn)生的能量獲得的計算結(jié)果(粗實線92)，以及每月實際產(chǎn)生的能量(虛線93)。圖9B示出了用于計算的平均月環(huán)境溫度A1和每月的平均傾斜表面太陽輻射IS1、所產(chǎn)生能量的計算結(jié)果和實際測得的能量。
從圖9A中可以看出，當(dāng)使用傳統(tǒng)公式時，在平均月環(huán)境溫度高的夏季把所產(chǎn)生的能量估計小了，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，估計的所產(chǎn)生的能量變大。由圖9A中粗實線表示的估計結(jié)果與實際產(chǎn)生的能量(虛線93)更接近。
第四實施例圖10示出了使用具有帶3個PIN結(jié)的非晶硅層的三聯(lián)太陽能電池(相當(dāng)于從CANON獲得的BS-04)時平均月組件溫度X和能量額定因數(shù)Y之間的關(guān)系。從所畫的點可以看出，回歸線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對應(yīng)于回歸線的斜率0.0039。當(dāng)平均月組件溫度為22.2℃時，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)將一個太陽能電池組件安裝在平地上。使用本發(fā)明的公式估計該太陽能電池組件所產(chǎn)生的能量。根據(jù)圖11所示的流程圖，使用太陽能電池組件的平均月組件溫度的實際測得的值進(jìn)行估計。
使用下述條件進(jìn)行計算(1)安裝地點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)使用由實際在安裝地測得的太陽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)會公布的鄰近Souraku-gun，Kyoto縣的Nara-shi，Nara縣的平均月傾斜表面太陽輻射數(shù)據(jù)作為太陽輻射數(shù)據(jù)；(4)太陽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。
在該實施例中，估計僅由一個太陽能電池組件產(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)明公式估計太陽能電池組件所產(chǎn)生能量而獲得的計算結(jié)果(粗實線112)和每月實際產(chǎn)生的能量(虛線113)。圖12B示出了用于計算的平均月組件溫度和平均傾斜表面太陽輻射、實際測得的太陽輻射、所產(chǎn)生能量的計算結(jié)果和實際測得的能量。
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，估計的所產(chǎn)生的能量增大。由圖12A中粗實線112表示的估計結(jié)果更接近實際產(chǎn)生的能量(虛線113)。
根據(jù)上述實施例，當(dāng)使用非晶硅太陽能電池時，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)境溫度中估計出非晶硅太陽能電池所產(chǎn)生的能量。于是，可以提供一種適于非晶硅太陽能電池的設(shè)計方法作為將太陽能電池板安裝在房屋等上的太陽能電池板設(shè)計方法。
本發(fā)明的光電功率生成設(shè)備設(shè)計方法可以按實現(xiàn)圖1和圖11流程圖所示的處理和計算的數(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。在考慮使用計算機進(jìn)行光電功率生成系統(tǒng)的設(shè)計和安裝時，程序和數(shù)據(jù)記錄在計算機使用的磁記錄介質(zhì)或光記錄介質(zhì)上，或通過通信媒體提供。對于本專業(yè)技術(shù)人員來說很明顯，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，可以輸入太陽能電池組件名稱或序號，這樣根據(jù)組件名稱和序號就可以獲得其相應(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，可以對本發(fā)明的實施例進(jìn)行各種修改，所以應(yīng)理解，本發(fā)明不限于其具體實施例，而應(yīng)由所附權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種估計太陽能電池所產(chǎn)生的能量的方法，包括步驟獲得太陽能電池安裝地的平均太陽輻射和平均環(huán)境溫度；根據(jù)平均溫度計算校正系數(shù)；和由所獲得的平均太陽輻射和校正系數(shù)以及所述太陽能電池的額定功率估計所產(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，其中所述太陽能電池包括非晶硅太陽能電池。
9.一種估計太陽能電池所產(chǎn)生能量的設(shè)備，包括獲得太陽能電池安裝地的平均太陽輻射和平均環(huán)境溫度的獲取裝置；用于根據(jù)平均環(huán)境溫度計算校正系數(shù)的計算裝置；用于根據(jù)所獲得的平均太陽輻射和校正系數(shù)，以及所述太陽能電池的額定功率估計所產(chǎn)生的能量的估計裝置，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)一步包括用于儲存每個地區(qū)的平均環(huán)境溫度和月太陽輻射的存儲裝置。
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裝置中讀出最接近于安裝地的一個區(qū)域的平均環(huán)境溫度和平均太陽輻射。
12.一種估計太陽能電池組件所產(chǎn)生的能量的方法，包括步驟獲得太陽能電池組件安裝地的平均太陽輻射和所述太陽能電池組件的平均溫度；根據(jù)平均溫度計算校正系數(shù)；和由所獲得的太陽輻射和校正系數(shù)，以及所述太陽能電池組件的額定功率估計所產(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能電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率之間的關(guān)系計算校正系數(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，其中太陽能電池組件包括非晶硅太陽能電池。
20.用于估計太陽能電池組件所產(chǎn)生能量的設(shè)備，包括獲取太陽能電池組件安裝地的平均太陽輻射和所述太陽能電池組件的平均溫度的獲取裝置；根據(jù)平均溫度計算校正系數(shù)的計算裝置；和由所獲得的平均太陽輻射和校正系數(shù)以及所述太陽能電池組件的額定功率估計所產(chǎn)生能量的估計裝置，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區(qū)域存儲平均組件溫度和平均太陽輻射的存儲裝置。
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裝置中讀取最靠近安裝地的一個區(qū)域的平均組件溫度和平均太陽輻射。
全文摘要
在估計太陽能電池所產(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。對于非晶硅太陽能電池,所估計的能量比實際產(chǎn)生的能量小。為防止這一點,根據(jù)太陽能電池安裝地的平均月溫度計算的校正系數(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輻射、所計算的校正系數(shù)和太陽能電池的額定功率估計出所產(chǎn)生的能量。由此可以根據(jù)安裝地準(zhǔn)確地估計出非晶硅太陽能電池或光電功率生成設(shè)備所產(chǎn)生的能量。
文檔編號G06F17/50GK1201947SQ98109660
公開日1998年12月16日 申請日期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 申請人:佳能株式會社