[发明专利]用于并网光伏电力系统的阵列级和行级监测的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种并网(grid-connected)光伏能源系统。尤其是，本发明涉及一种具有阵列级和行级(string level)远程监测以及生产和效率分析能力的并网光伏电力系统。

背景技术

随着石油的剩余储备量迅速接近枯竭，CO₂的排放导致全球变暖，人们对清洁能源的需求以及有效保护自然资源的意识的增加，人们逐渐转向于可再生并且可靠的电力资源。现在谈论太阳是地球上所有能源的最终来源显得有些过时，在某种程度上说直接使用太阳能是解决未来电力供给问题最有希望的方案，因为其是安全且完全可靠的产生能量的方式。然而，关于太阳能系统的经济上的存在价值存在相当多的争论，而对于世界上阳光充足的地区的潜在用户来说这实质上仅仅是经济因素问题。即便如此，光伏系统的安装仍然在增长，如在建筑的设计和开发时优化使用太阳能用于供热、照明、和提供热水。因此应用光伏系统的价值变得日益重要。

光伏电力系统通常包括安装于较大平面上的多个互联的光伏模块，典型地设置于建筑物或住宅的屋顶上以提供能量，但有时也设置于邻近该结构的地面上。所述模块被串联起来以形成行(string)并且这些互联的行被称为阵列(array)。在阵列中的每个光伏模块包括将太阳能转换为直流电(DC)的光伏电池，并通过DC/AC功率转换器将每个模块的直流电进行转换并集合起来，其典型安装近于公用事业电力供应商的电力供给设备。所述转换器将直流电转换为与公用事业供应商(例如公用事业电网)所提供的交流电相适应的交流电，以使光伏系统的AC输出通过建筑物的配电盘接入公用事业供应商的AC电力以对负载供电。这种设置称为并网光伏电力系统(这里将其称为GCPV系统)。

显然，GCPV系统所提供的能量使消费者以安全、环保的方式减少了对公用事业电力的消耗从而节省了成本。而且，在公共政策和法律提供的税收和财政刺激以及太阳能退费程序，抵销了其安装和运行的成本，使用户更加省钱。

相比孤立的PV系统，GCPV系统具有几个优点，最显著的是其能在夜晚和恶劣天气以及昏暗的冬日也能获得电能不需要昂贵的电池组来存储电能。而且，在太阳能峰值产生时段，多余的能量可以卖回给公用事业电网。GCPV的缺点可能在于仅能被安装于可从公用事业电网接收电能的地方。

降低能源消耗的第一步是减少电力的消耗。选择和应用适当的PV系统的较明智的方法是进行初步的持续进行的能量调查以确定实际需求、电力消耗和电力浪费情况。这样的调查能够防止消费者购买过大的PV系统和防止系统安装后造成的浪费。初步调查包括对消耗电能的主要源头进行识别，其后将能量减少和有效解决方案集中于照明、冰箱、空调、马达启动以及优化等等问题上。升级设备、电器、结构隔绝等等能产生较好的效果，当将这些结合到PV系统时能显著地减少和潜在地消除对于公共电网的能量消耗。事实上，在净计量环境中，PV电力用户可以从公用事业购买电力，也可以将其所产生的过剩电力回卖给电网。实际上，在晴朗的日子电表的指针回转，太阳能系统以电网的零售电力价格赚取报酬。在将能量发送到电网的时候电力公司需要以零售价格向太阳能电力生产者支付报酬。

在安装后，对于GCPV系统的运行情况和效率需要收集、监测和评估大量的数据。GCPV系统受几个因素的影响，包括PV系统输出的电能；由公用事业供应商(作为分担或专有来源)提供的电能；用户的电能消耗；以及运行环境的数据例如环境温度、风的速度和方向、太阳辐射量、以及太阳日射。

对于GCPV系统所述的这些同样应用于在电力购买协议下生产和销售的电力。