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TWI630358B - 太陽能發電裝置之遠端監控系統及其方法 - Google Patents

太陽能發電裝置之遠端監控系統及其方法 Download PDF

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TWI630358B
TWI630358B TW106117638A TW106117638A TWI630358B TW I630358 B TWI630358 B TW I630358B TW 106117638 A TW106117638 A TW 106117638A TW 106117638 A TW106117638 A TW 106117638A TW I630358 B TWI630358 B TW I630358B
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solar power
power generation
remote monitoring
computing device
devices
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郭昆璋
Kun Chang Kuo
羅浚彬
Chun Pin Lo
廖敏勝
Min Sheng Liao
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汎宇股份有限公司
Pan-Co International Co., Ltd.
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Publication date
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Abstract

本發明提供一種太陽能發電裝置之遠端監控系統及其方法，係將複數個太陽能發電裝置所蒐集之電性參數及環境參數傳送至一計算裝置，該計算裝置可透過其內設置之嵌入式通訊模組，而可將電性參數及環境參數傳送至伺服器，其中，嵌入式通訊模組為工業級嵌入式3G/4G通訊模組並能耐溫至少達70度。據此，本發明之遠端監控系統及其方法可解決設備過熱當機之問題。

Description

太陽能發電裝置之遠端監控系統及其方法
本發明係有關一種遠端監控系統及其方法，尤指一種運用於太陽能發電裝置之遠端監控系統及其方法。
降低全球暖化所造成的環境影響，一直以來是世界各國政府所努力的目標，其一方法即是尋求可再生能源方案。在眾多可再生能源方案中，又以太陽能發電為目前最熱門的選項。
台灣屬於狹長形海島國家，且位於熱帶及亞熱帶區域，日照量非常充足，適合發展太陽能發電。為了瞭解日照量與發電量之間的關係，多經由量測太陽能電池之電壓與電流以進一步來計算出所產生之電力，而所量測到的電壓與電流參數現已多採用無線網路的方式來將資料傳遞至後方監控平台。為達最大發電效率，複數個太陽能發電裝置將會分散設置於數個日照充足的區域，但現有太陽能發電裝置在日照充足之區域會有網路設備過熱當機之問題，而且一旦當機後，裝置重啟作業則必須依賴人工到現場進 行，時間與金錢上的維護成本將大幅提高，裝置跳電/停電所造成之裝置停擺亦是同樣情形。又，目前不同廠牌之太陽能發電裝置在混用時，仍只能使用各廠牌自己研發的監控軟體，缺乏整合性且不便於使用。
據此，如何提供一種可改善上述問題之太陽能發電裝置之遠端監控系統及其方法，為目前亟待解決的課題之一。
為解決上述課題，本發明之一目的在於提供一種太陽能發電裝置之遠端監控系統，包括：複數個太陽能發電裝置，其內分別設有複數個感測單元，該複數個感測單元用以蒐集該複數個太陽能發電裝置之電性參數及其周圍的環境參數；計算裝置，與該複數個太陽能發電裝置電性連接，用以接收該電性參數及該環境參數，其中，該計算裝置內設有嵌入式通訊模組；以及伺服器，用以透過該嵌入式通訊模組與該計算裝置連接且接收該電性參數及環境參數，並將該電性參數及環境參數儲存於該伺服器之資料庫中。
本發明之再一目的在於提供一種太陽能發電裝置之遠端監控方法，包括：令一計算裝置廣播封包至複數個太陽能發電裝置中，以確定該複數個太陽能發電裝置內各變流器廠牌；依據所確定之該複數個太陽能發電裝置內各變流器廠牌，令該計算裝置讀取對應之變流器廠牌之設定檔並分別對該複數個太陽能發電裝置發出註冊指令，以註冊該複數個太陽能發電裝置；令該計算裝置從已註冊之該複數個太陽能發電裝置接收該複數個太陽能發電裝置內所設 之複數個感測單元所蒐集之該複數個太陽能發電裝置之電性參數及其周圍的環境參數；令該計算裝置判斷該電性參數及該環境參數之正確性，且轉換該電性參數及該環境參數為具有固定格式之文字檔；以及令該計算裝置透過其內之嵌入式通訊模組，將該文字檔傳送至一伺服器之資料庫中儲存。
藉由本發明之太陽能發電裝置之遠端監控系統及其方法，計算裝置可接收複數個太陽能發電裝置之電性參數及環境參數，且能透過該計算裝置內設置之嵌入式通訊模組，將電性參數及環境參數傳送至遠端伺服器之資料庫中，其中，該嵌入式通訊模組為工業級嵌入式3G/4G通訊模組並能耐溫至少達70度，可避免過熱當機之問題。又本發明可有效整合不同廠牌之太陽能發電裝置以便於同時使用。
10‧‧‧太陽能發電裝置
11‧‧‧感測單元
20‧‧‧計算裝置
21‧‧‧嵌入式通訊模組
22‧‧‧處理單元
23‧‧‧廣播模組
24‧‧‧註冊模組
25‧‧‧判斷模組
26‧‧‧傳送模組
27‧‧‧檢驗模組
30‧‧‧伺服器
31‧‧‧資料庫
S11~S19‧‧‧步驟
第1圖係為本發明之太陽能發電裝置之遠端監控系統之示意圖；第2圖係為本發明之太陽能發電裝置之遠端監控方法之流程圖。
以下藉由特定之具體實施例加以說明本發明之實施方式，而熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點和功效，亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用。
請參閱第1圖，本發明之太陽能發電裝置之遠端監控系統，包括有複數個太陽能發電裝置10、計算裝置20以及伺服器30。各該複數個太陽能發電裝置10內分別設有複數個感測單元11，而該複數個感測單元11可用以蒐集該複數個太陽能發電裝置10之電性參數及該複數個太陽能發電裝置10周圍的環境參數。
於一實施例中，該複數個太陽能發電裝置10為太陽能直交流轉換器(Photovoltaic Inverter)，而各太陽能發電裝置10可連接一或多個太陽能收集裝置，其中該太陽能收集裝置為多晶矽太陽能板(polycrystalline silicon solar cells)，但本發明並不以此為限。於另一實施例中，該太陽能收集裝置亦可為單晶矽、非晶、銅銦鎵硒或Ⅲ-V族化合物半導體太陽能板，本發明並不以此為限。
於一實施例中，該複數個感測單元11可為電壓感測器、電流感測器、溫度感測器、濕度感測器、雨量計或風向風速計，但本發明並不以此為限。
於一實施例中，該環境參數為溫度、濕度、雨量、風向、風速、氣壓或日照度，而該電性參數為該複數個太陽能發電裝置10進行發電時所產生的電流及電壓，且係以秒為單位進行感測，但本發明並不以此為限。
該計算裝置20係與該複數個太陽能發電裝置10電性連接，用以接收該電性參數及該環境參數。於一實施例中，該計算裝置20可為工業級電腦，例如凌華科技所生產之型號MXE-200的無風扇式嵌入式主機，或其陽科技所生產之 耐溫70度(或85度)之工業級主機，但本發明並不以此為限。於另一實施例中，該計算裝置20係透過RS485或乙太網路(ethernet)標準(即有線連接)來與該複數個太陽能發電裝置10連接，但本發明亦不以此為限。再於一實施例中，該計算裝置20係採MODBUS通訊協定來接收該複數個太陽能發電裝置10所傳輸之該電性參數及該環境參數，但本發明亦不限制通訊協定之種類。
該計算裝置20內設有嵌入式通訊模組21及處理單元22。處理單元22具體為微處理器，而嵌入式通訊模組21為工業級嵌入式3G/4G通訊模組，例如可為Intel/Telit所生產之mini PCIe介面通訊模組，其可至少耐溫達70度以上，最佳可達85度。該計算裝置20外部更設有與該嵌入式通訊模組21電性連接的天線。於一實施例中，該計算裝置20的主機板上設有Sim卡槽，可供接置電信公司之Sim卡，再搭配嵌入式通訊模組21後，可使計算裝置20連上網路。
伺服器30用以透過計算裝置20內之嵌入式通訊模組21及天線而與該計算裝置20連接，以接收電性參數及環境參數，並可進一步將電性參數及環境參數儲存於伺服器30之資料庫31中。
於一實施例中，計算裝置20可更包括有廣播模組23、註冊模組24、判斷模組25、傳送模組26及檢驗模組27。計算裝置20可運行例如為windows 7嵌入式作業系統，亦可運行其他作業系統，本發明並不以此為限。而上述之廣 播模組23、註冊模組24、判斷模組25、傳送模組26及檢驗模組27具體為由處理單元22所執行之軟體程式，進一步運行於嵌入式作業系統上。以下將進一步說明各模組的軟體功能。
廣播模組23用以廣播封包至複數個太陽能發電裝置10中，而複數個太陽能發電裝置10在接收到封包時，會先回覆確認封包以與計算裝置20建立連線。之後，廣播模組23可確定複數個太陽能發電裝置10內各變流器廠牌。
註冊模組24則依據廣播模組23所確定之複數個太陽能發電裝置10內各變流器廠牌，先讀取對應之變流器廠牌之設定檔後，再依據各設定檔內容分別對複數個太陽能發電裝置發出註冊指令，以註冊該複數個太陽能發電裝置10。
判斷模組25則是在註冊好複數個太陽能發電裝置10後，用以接收已註冊之複數個太陽能發電裝置10所蒐集之電性參數及環境參數。在蒐集電性參數及環境參數之同時，判斷模組25可判斷電性參數及環境參數之正確性，例如檢查CRC或checksum資料是否正確等等。若確定為正確，該判斷模組25可將電性參數及環境參數轉換為具有固定格式之文字檔。轉換成文字檔係為了後續處理方便及減少網路流量，本發明之判斷模組25亦可將電性參數及環境參數轉換為其他格式之電子檔(例如.doc等)，本發明並不以此為限。
傳送模組26則可透過嵌入式通訊模組21及天線，將 文字檔傳送至遠端之伺服器30，令伺服器30接收文字檔後將其儲存於資料庫31中，本發明並不限制使用何種資料庫(例如SQL、Access、Oracle等皆可)。
檢驗模組27則是用以檢驗傳送模組26是否完成傳送作業，在傳送模組26完成傳送作業後，檢驗模組27可令廣播模組23重新廣播，以檢驗目前複數個太陽能發電裝置10中是否有未註冊者(例如：新設置一太陽能發電裝置，或太陽能發電裝置剛啟動完成等)。若檢驗有未註冊之太陽能發電裝置10，則廣播模組23、註冊模組24、判斷模組25及傳送模組26會再進行上述運作內容，以將未註冊之太陽能發電裝置10之電性參數及環境參數傳送至伺服器30。
請參閱第2圖，本發明之太陽能發電裝置之遠端監控方法可至少包括步驟S11至S19，且本發明之太陽能發電裝置之遠端監控方法可運行於前述遠端監控系統上。以下將進一步說明本發明之遠端監控方法之內容，部份內容相同於前述者，於此不再贅述。
於步驟S11中，令一計算裝置廣播封包至複數個太陽能發電裝置中。複數個太陽能發電裝置在接收到封包時，會先回覆確認封包以與計算裝置建立連線。在建立連線後，計算裝置可確定複數個太陽能發電裝置10內各變流器廠牌。接著進至步驟S12。
於步驟S12中，係依據所確定之該複數個太陽能發電裝置內各變流器廠牌，令計算裝置讀取對應之變流器廠牌 之設定檔，並依據各設定檔內容分別對複數個太陽能發電裝置發出註冊指令，以註冊複數個太陽能發電裝置。接著進至步驟S13。
於步驟S13中，令計算裝置從已註冊之複數個太陽能發電裝置接收電性參數及環境參數，該電性參數及環境參數為複數個太陽能發電裝置內所設之複數個感測單元所蒐集者。接著進至步驟S14。
於步驟S14中，令計算裝置判斷電性參數及環境參數之正確性。亦即，計算裝置係檢查電性參數及環境參數之CRC或checksum資料，以確定資料之正確性。若為正確，則進至步驟S15。若不正確，則回到步驟S12，重新太陽能發電裝置之註冊程序，並重新接收電性參數及環境參數。
於步驟S15中，計算裝置可轉換電性參數及環境參數為具有固定格式之文字檔。轉換成文字檔係為了後續處理方便及減少網路流量，本發明亦可將電性參數及環境參數轉換為其他格式之電子檔(例如.doc等)，本發明並不以此為限。接著進至步驟S16。
於步驟S16中，計算裝置可透過其內之嵌入式通訊裝置及天線，將文字檔傳送至一伺服器之資料庫中儲存，本發明並不限制使用何種資料庫(例如SQL、Access、Oracle等皆可)。
在將文字檔傳送至伺服器之該資料庫中儲存之後，可進一步檢驗是否完成文字檔之傳送作業(步驟S17)。若未完成，則回到步驟S16，重新傳送文字檔；若已完成，則 進至步驟S18。
於步驟S18中，令計算裝置重新廣播以檢驗目前複數個太陽能發電裝置中是否有未註冊者。若否，則回到步驟S11。若有，則令計算裝置將未註冊之太陽能發電裝置設為下一台(步驟S19)，並回到步驟S12中，以針對未註冊之太陽能發電裝置進行註冊、傳送電性參數及環境參數等流程，例如先讀取未註冊之太陽能發電裝置之變流器廠牌之設定檔，並對其發出註冊指令，以對未註冊之太陽能發電裝置進行註冊。接著，即可接收新註冊之太陽能發電裝置之電性參數及環境參數，判斷電性參數及環境參數之正確性並轉換為具有固定格式之文字檔，以將文字檔傳送至伺服器之資料庫中儲存。
於一實施例中，上述本發明之計算裝置及太陽能發電裝置可採用送電後即自動開機之手段(例如未設有開關迴路)，可避免裝置跳電/停電後需要人工重啟的問題。
藉由本發明之太陽能發電裝置之遠端監控系統及其方法，計算裝置可接收複數個太陽能發電裝置之電性參數及環境參數，且能透過該計算裝置內設置之嵌入式通訊模組，將電性參數及環境參數傳送至遠端伺服器之資料庫中，其中，該嵌入式通訊模組為工業級嵌入式3G/4G通訊模組並能耐溫至少達70度(最佳可至85度)，可避免過熱當機之問題。另本發明計算裝置可確定複數個太陽能發電裝置內各變流器廠牌，並對其進行註冊，可有效整合不同廠牌之太陽能發電裝置以便於同時使用，且可檢驗未註冊 之太陽能發電裝置(例如：新設置一太陽能發電裝置，或太陽能發電裝置剛啟動完成等)，確保可確實接收太陽能發電裝置所蒐集之電性參數及環境參數。
上述實施形態僅為例示性說明本發明之技術原理、特點及其功效，並非用以限制本發明之可實施範疇，任何熟習此技術之人士均可在不違背本發明之精神與範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。然任何運用本發明所教示內容而完成之等效修飾及改變，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。而本發明之權利保護範圍，應如下述之申請專利範圍所列。

Claims (19)

  1. 一種太陽能發電裝置之遠端監控系統，包括：複數個太陽能發電裝置，其內分別設有複數個感測單元，該複數個感測單元用以蒐集該複數個太陽能發電裝置之電性參數及其周圍的環境參數；計算裝置，與該複數個太陽能發電裝置電性連接，用以接收該電性參數及該環境參數，其中，該計算裝置內設有嵌入式通訊模組；以及伺服器，用以透過該嵌入式通訊模組與該計算裝置連接且接收該電性參數及環境參數，並將該電性參數及環境參數儲存於該伺服器之資料庫中；其中，該計算裝置更包括：廣播模組，由該計算裝置之處理單元所執行，用以廣播封包至該複數個太陽能發電裝置中，以確定該複數個太陽能發電裝置內各變流器廠牌；註冊模組，由該處理單元所執行，用以依據該廣播模組所確定之變流器廠牌，讀取對應之變流器廠牌之設定檔並分別對該複數個太陽能發電裝置發出註冊指令，以註冊該複數個太陽能發電裝置；判斷模組，由該處理單元所執行，用以接收已註冊之該複數個太陽能發電裝置所蒐集之該電性參數及該環境參數，並判斷該電性參數及該環境參數之正確性且轉換該電性參數及該環境參數為具有固定格式之文字檔；傳送模組，由該處理單元所執行，用以透過該嵌入式通訊模組將該文字檔傳送至該伺服器之資料庫中；以及檢驗模組，由該處理單元所執行，用以檢驗該傳送模組是否完成傳送作業，並在完成傳送作業後令該廣播模組重新廣播，以檢驗該複數個太陽能發電裝置是否有未註冊者。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能發電裝置之遠端監控系統，其中，該嵌入式通訊模組為工業級嵌入式3G/4G通訊模組。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能發電裝置之遠端監控系統，其中，該嵌入式通訊模組為mini PCIe介面。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能發電裝置之遠端監控系統，其中，該嵌入式通訊模組係至少能耐溫達70度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能發電裝置之遠端監控系統，其中，該計算裝置係透過RS485或乙太網路標準來與該複數個太陽能發電裝置連接。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之太陽能發電裝置之遠端監控系統，其中，該計算裝置係採MODBUS通訊協定來接收該複數個太陽能發電裝置所傳輸之該電性參數及該環境參數。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能發電裝置之遠端監控系統，其中，該複數個感測單元為電壓感測器、電流感測器、溫度感測器、濕度感測器、雨量計或風向風速計。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能發電裝置之遠端監控系統，其中，該環境參數為溫度、濕度、雨量、風向、風速、氣壓或日照度，該電性參數為該複數個太陽能發電裝置進行發電時所產生的電流及電壓。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能發電裝置之遠端監控系統，其中，該複數個太陽能發電裝置為太陽能直交流轉換器，且該複數個太陽能發電裝置係分別連接至複數個太陽能收集裝置，其中，該複數個太陽能收集裝置為多晶矽太陽能板。
  10. 一種太陽能發電裝置之遠端監控方法，包括：令一計算裝置廣播封包至複數個太陽能發電裝置中，以確定該複數個太陽能發電裝置內各變流器廠牌；依據所確定之該複數個太陽能發電裝置內各變流器廠牌，令該計算裝置讀取對應之變流器廠牌之設定檔並分別對該複數個太陽能發電裝置發出註冊指令，以註冊該複數個太陽能發電裝置；令該計算裝置從已註冊之該複數個太陽能發電裝置接收該複數個太陽能發電裝置內所設之複數個感測單元所蒐集之該複數個太陽能發電裝置之電性參數及其周圍的環境參數；令該計算裝置判斷該電性參數及該環境參數之正確性，且轉換該電性參數及該環境參數為具有固定格式之文字檔；以及令該計算裝置透過其內之嵌入式通訊模組，將該文字檔傳送至一伺服器之資料庫中儲存。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之太陽能發電裝置之遠端監控方法，其中，在將該文字檔傳送至該伺服器之該資料庫中儲存之後，更包括下列步驟：令該計算裝置檢驗是否完成該文字檔之傳送作業；令該計算裝置重新廣播以檢驗該複數個太陽能發電裝置是否有未註冊者，若有，令該計算裝置讀取未註冊之太陽能發電裝置之變流器廠牌之設定檔並對其發出註冊指令，以接收其所蒐集之電性參數及環境參數。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之太陽能發電裝置之遠端監控方法，其中，該嵌入式通訊模組為工業級嵌入式3G/4G通訊模組。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之太陽能發電裝置之遠端監控方法，其中，該嵌入式通訊模組為mini PCIe介面。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之太陽能發電裝置之遠端監控方法，其中，該嵌入式通訊模組係至少能耐溫達70度。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之太陽能發電裝置之遠端監控方法，其中，該計算裝置係透過RS485或乙太網路標準來與該複數個太陽能發電裝置連接。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之太陽能發電裝置之遠端監控方法，其中，該計算裝置係採MODBUS通訊協定來接收該複數個太陽能發電裝置所傳輸之該電性參數及該環境參數。
  17. 如申請專利範圍第10項所述之太陽能發電裝置之遠端監控方法，其中，該複數個感測單元為電壓感測器、電流感測器、溫度感測器、濕度感測器、雨量計或風向風速計。
  18. 如申請專利範圍第10項所述之太陽能發電裝置之遠端監控方法，其中，該環境參數為溫度、濕度、雨量、風向、風速、氣壓或日照度，該電性參數為該複數個太陽能發電裝置進行發電時所產生的電流及電壓。
  19. 如申請專利範圍第10項所述之太陽能發電裝置之遠端監控方法，其中，該複數個太陽能發電裝置為太陽能直交流轉換器，且該複數個太陽能發電裝置係分別連接至複數個太陽能收集裝置，其中，該複數個太陽能收集裝置為多晶矽太陽能板。
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