CN102738831B - 太阳能***以及通信装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能***以及一通信装置，该太阳能***包含至少一交流模块，每一交流模块具有一太阳能板与一交流换流器。通信装置连接交流模块，用以控制交流模块的独立发电运行。通信装置包含一模块连接头以及一控制电路，模块连接头用以连接交流模块。上述交流模块可选择性地与市电电网并网发电。通信装置可发送独立发电命令至交流模块，交流换流器根据独立发电命令解除防孤岛保护程序。

Description

太阳能***以及通信装置
技术领域
本发明涉及一种太阳能***，尤其涉及一种可在市电电网外独立运行的太阳能***及其通信装置。
背景技术
自从几次能源危机之后，人们开始积极寻找各种替代能源，主要目标便在找出可以永续利用且低污染的再生能源。常见的再生能源包含太阳能、地热、风力、潮汐、温差发电等。其中，太阳能发电已成为目前主要发展的再生能源之一。
目前，传统的固定式太阳能发电***可支援连网(On-grid)、离网(Off-grid)以及复合式(Hybrid)等三种操作模式，一套太阳能发电***中可包含多个太阳能交流模块，传统的太阳能发电***多以大型***为一个发电单位，如发电厂中各种固定发电机组、装置于住宅屋顶的大阳能发电机组等。随着光电技术的发展，现行的太阳能发电可改以小型的交流模块(alternating-currentmodule,AC module)作为最小的发电单元，适用一般家用的应用场合，然而，体积较小的交流模块普遍需要在电网内发电(On-grid)模式下操作。
也就是说，目前现有的太阳能发电***主要分为不易携带的固定式***或是无法独立于市电电网外操作的交流模块，缺乏具有便携性且便于使用的太阳能设备。
发明内容
本发明提供一种太阳能***及其通信装置，借由本揭示文件提出的通信装置，可控制太阳能***中的各交流模块在离网(Off-grid)的操作情况下提供备用电能给各种电子负载(如手机或其他行动装置)。如无移动需求时，可将交流模块与市用电网并联，类似公知的固定式太阳能***进行发电。另一方面，如有移动需求时(例如外出旅游、或长时间外出)可以将小型的交流模块随身或随车携带作为行动发电装置，借以应付衍伸电力的需求，可取代蓄电池或柴油发电机等传统电力来源。
本揭示内容的一形式是在提供一种太阳能***，其包括至少一交流模块(AC module)以及一通信装置。每一交流模块(AC module)具有太阳能板与交流换流器(inverter)彼此电性连接。通信装置连接该至少一交流模块，用以控制该至少一交流模块的独立发电运行。
本揭示内容的另一形式是在提供一种一种通信装置，包括一模块连接头以及一控制电路。模块连接头用以连接一交流模块，其中该交流模块具有一太阳能板与一交流换流器彼此电性连接。控制电路电性连接该模块连接头，用以控制该交流换流器的运行。
本发明的上述交流模块可选择性地与市电电网并网发电。通信装置可发送独立发电命令至交流模块，交流换流器根据独立发电命令解除防孤岛保护程序。
附图说明
图1示出根据本发明的一实施例中一种太阳能***的功能方框图；
图2示出根据本发明的一实施例中一种通信装置的外观示意图；
图3示出根据本发明的一实施例中通信装置运行时的一操作流程示意图；
图4示出根据本发明的一实施例中通信装置运行时的另一操作流程示意图；以及
图5示出根据本发明的一实施例中交流模块的操作流程示意图。
其中，附图标记说明如下：
100：太阳能***
120：交流模块
140：通信装置
122：太阳能板
124：交流换流器
126：控制电路
126a：确认单元
126b：判断单元
126c：警示单元
142：感知器
144：储能单元
146：控制电路
148：保险开关单元
146a：确认单元
146b：判断单元
146c：警示单元
146d：命令单元
146e：波形产生单元
200：负载电器
141a：模块连接头
141b：负载连接头
121：总线
201：连接器
S100~S206：步骤
具体实施方式
以下将以附图披露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些公知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式示出。
请参阅图1，其示出根据本发明的一实施例中一种太阳能***100的功能方框图。如图1所示，太阳能***100包含至少一交流模块(AC module)120以及通信装置140。于图1的实施例中，太阳能***100包含三组交流模块120用以转换太阳能而产生电能，但本发明并不以三组为限，其中交流模块(AC module)可选择性的连接或不连接电池或其他储能装置。于此实施例中，通信装置140可耦接于交流模块120之间。交流模块120产生的电能可经由通信装置140供应给一负载电器200使用。
如图1所示，每一交流模块120具有太阳能板122以及交流换流器(inverter)124，太阳能板122与交流换流器124电性连接。为方便说明，图1中仅示出其中一组交流模块120的内部功能方框，实际上每一交流模块120应具有相应的功能模块。太阳能板122在太阳的照射下产生电能，交流换流器124用以转换太阳能板122产生的电能后输出。通信装置140连接交流模块120并用以控制交流模块120的运行。
图1中所示的各交流模块120彼此之间并联，可通过总线(bus)方式与通信装置140连接。各自并联的多个交流模块120具有独立的交流换流器124可分别进行发电，当其中一个交流模块120发生故障时，也不会严重影响太阳能***100整体的发电功能，其稳定性优于传统多个串联式的太阳能发电单元。
请一并参阅图2，其示出根据本发明的一实施例中一种通信装置140的外观示意图。如图2所示，通信装置140中包含一模块连接头141a以及一负载连接头141b。通信装置140可通过模块连接头141a连接至交流模块120的连接线路(如交流模块120的总线121)，通信装置140可通过负载连接头141b连接至负载电器200的连接线路(例如负载电器200的连接器201)。实际应用中，通信装置140的两个连接头(模块连接头141a与负载连接头141b)的样式可配合交流模块120与负载电器200所使用的连接线路规格而定，并不以图2所示为限。如图2所示，本实施例的通信装置140可为一便携式装置耦接于交流模块120与负载电器200之间。
如图1所示，于此实施例中通信装置140中可包含感知器142、储能单元144、控制电路146以及保险开关单元148。其中，感知器142用以判断负载连接头141b是否连接负载电器200。于此实施例中，通信装置140中的控制电路146电性连接模块连接头121a(请参见图2)，控制电路146用以控制交流换流器120的运行。控制电路146包含确认单元146a、判断单元146b、警示单元146c、命令单元146d以及波形产生单元146e。
请一并参阅图3，其示出根据本发明的一实施例中通信装置140运行时的一操作流程示意图。如图3的实施例的操作流程中，首先在步骤S100与步骤S102依序将通信装置140两端(模块连接头141a与负载连接头141b)连接交流模块120与负载电器200。接着，步骤S104中，感知器142可判断通信装置140是否连接负载电器200。
当步骤S104判断连接完成后，通信装置140中的命令单元146d便可执行步骤S106，通过有线或无线方式发送独立发电命令给交流模块120，借此指示交流模块120开始发电。
于步骤S106之后(发送独立发电命令给交流模块120之后)，控制电路146中的判断单元146b用以执行步骤S108，以判断是否收到自交流模块120所回传的回应信息。
若未收到自交流模块120所回传的回应信息，则进入步骤S116，利用警示单元146c提供警示信息，以指出未收到自交流模块120所回传的回应信息，方便进行后续检查。举例来说，警示单元146c可为LED指示灯(如图2中所示的警示单元146c)，可通过LED指示灯显示特定的灯号颜色或特定的闪烁方式，以提供警示信息对应上述异常状态(未收到自交流模块120所回传的回应信息)。
另一方面，若收到自交流模块120所回传的回应信息，则进入步骤S110，交流换流器124根据独立发电命令解除交流换流器124上的防孤岛(anti-islanding)保护程序，并进入独立发电程序。
须补充说明的是，防孤岛(anti-islanding)保护程序是普遍使用在与市电电网并网连接的分散式发电***上的一种保护程序。所谓孤岛现象(islandingphenomenon)系指当分散式发电***(如本案的太阳能***100中的各个交流模块120)与市电电网***并联供电时，若市电***发生故障，分散式发电***没有即时脱离市电***，而形成子***独立供电的现象。所有的分散式发电***(如风力发电***、太阳能发电、并联在市电***的自备发电机或蓄电设备都可能发生孤岛现象。
若孤岛现象发生时，会造成部分问题。例如，当市电***故障后，电力***维修人员必须在断电的情况下做市电的修复，此时孤岛现象下的分散式发电***还在持续运行供电，分将威胁电力***维修人员的人身安全；或是，当市电***修复后的启动瞬间，将可能产生极大的突波电流。当并联到市电***的分散式发电***日益增加之际，发生孤岛现象的机率相对增加。因此，一般并网发电下使用的分散式发电***(如本发明的太阳能***100中的各个交流模块120)均会设置防孤岛(anti-islanding)保护程序，以避免孤岛现象发生。于本揭示文件中，太阳能***100中的各个交流模块120可支援连接市电电网的连网(on-grid)操作(并网发电)以及脱离市电电网的离网(off-grid)操作(独立发电)。因此，在上述步骤S110中，交流换流器124根据独立发电命令解除交流换流器124上的防孤岛(anti-islanding)保护程序，以进行独立发电。
接着，当独立发电程序被执行的期间，进一步执行步骤S112，通信装置140中的确认单元146a以周期性地发送确认信息给交流模块120，其中判断单元146b判断交流模块120是否回应确认信息，在交流模块120未回应确认信息时，也进入步骤S116，停止发电并由警示单元146c提供警示信息，举例来说，可通过LED指示灯显示特定的灯号颜色或特定的闪烁方式，以提供警示信息对应上述异常状态(例如：未收到自交流模块120所回传的回应信息)。
上述实施例中，步骤S104中感知器142用以判断负载连接头141b是否连接负载电器200。于另一实施例中，步骤S104中感知器142判断负载连接头141b是否连接负载电器200之外，更进一步判断负载电器200的连接器201(请参见图1与图2)是否已带电，若连接器201已带电，则取消步骤S106中独立发电命令的发送。也就是说，若负载连接头141b其连接端口***的连接器201本身已带电，则表示其连接的并非电力负载(而可能是市电电网或另一电力源)，此时，则取消独立发电命令。
须补充的是，由于部分的交流模块120(尤其是小型或便携式的单一太阳能交流模块)需要在电网内(On-grid)的操作模式下方能正常运行。因此，请一并参阅图4，其示出根据本发明的一实施例中通信装置140运行时的另一操作流程示意图。如图4所示，在步骤S104与步骤S106之间(即执行步骤S106之前)，通信装置140可进一步执行步骤S105，通信装置140产生市电条件波形并传送至交流模块120。对应步骤S105，通信装置140包含储能单元144用以储存电能，于步骤S105中当通信装置140连接负载电器200且在命令单元146d发送独立发电命令给交流模块120之前(即步骤S104与S106之间)，控制电路146中的波形产生单元146e基于储能单元144储存的电能产生市电条件波形并传送至交流模块120，借此，模拟交流模块120于市电电网下的工作环境。如此一来，即便是仅支援电网内(On-grid)模式下发电的交流模块120也可接受到上述市电条件波形，也可模拟在其一般市电电网下的工作环境，进入接受后续发电命令的状态，并继续执行后续的步骤。
另一方面，如图1所示的实施例中，太阳能***100中的交流模块120也可具有控制电路126，控制电路126包含确认单元126a、判断单元126b以及警示单元126c。
请参阅图5，其示出根据本发明的一实施例中交流模块120的操作流程示意图。如图5所示，当交流模块120完成开机程序并进入待命模式之后，便执行步骤S200，交流模块120判断是否收到独立发电命令，若未收到独立发电程序，则进入并网发电模式，也就是一般公知的太阳能交流模块发电的预设模式。
当判断收到独立发电命令，也就是独立发电程序被执行的期间，执行步骤S202，交流模块120上的确认单元126a用以周期性地发送确认信息给通信装置140。接着，执行步骤S204，判断单元126b用以判断通信装置140是否回应该确认信息。
若通信装置140未回应该确认信息，则执行步骤S206，利用警示单元126c提供一警示信息，且控制交流换流器124停止运行。举例来说，可通过LED指示灯显示特定的灯号颜色或特定的闪烁方式，以提供警示信息对应上述异常状态。
此外，太阳能***100所包含交流模块120并不以图1所示的三组为限。例如，于一实施例中，太阳能***可同时包含多组的交流模块以总线(bus)方式连接至通信装置，使单一通信装置可对应控制多个交流模块。于另一实施例中，通信装置140可更进一步包含功率均衡单元(图中未示)，当通信装置140耦接至两组以上的交流模块时，功率均衡单元用以均衡上述多个交流模块的功率输出。
此外，如图1所示，通信装置140可更进一步保险开关单元148，保险开关单元148可耦接于交流模块120至负载电器200之间的回路上，当交流模块120其输出功率过大，或者太阳能***100中的交流模块120的总数大于最大并联模块数时，保险开关单元148切换以中断交流模块120至负载电器200之间的回路。保险开关单元148可为是溶断式保险丝或非溶断式保险丝。
综上所述，本发明提供了一种太阳能***及其通信装置，借由本揭示文件提出的通信装置，可控制太阳能***中的各交流模块在电网外的离网(Off-grid)的操作情况下提供备用电能给各种电子负载(如手机或其他行动装置)。如无移动需求时，可将交流模块与市用电网并联，类似公知的固定式太阳能***进行发电。另一方面，如有移动需求时(例如外出旅游、或长时间外出)可以将小型的交流模块随身或随车携带作为行动发电装置，借以应付衍伸电力的需求，可取代蓄电池或柴油发电机等传统电力来源。
虽然本发明已以实施方式披露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (3)

1.一种太阳能***，包括：
至少一交流模块，具有一太阳能板与一交流换流器彼此电性连接；以及
一通信装置，连接该至少一交流模块，用以控制该至少一交流模块的独立发电运行，
其中该通信装置包括：
一负载连接头；
一感知器，用以判断该负载连接头是否连接一负载电器；
一命令单元，用以当该负载连接头连接该负载电器时，发送一独立发电命令给该交流模块，其中在该交流模块接受该独立发电命令时，该交流换流器根据该独立发电命令，进入一独立发电程序；
一判断单元，用以在该独立发电命令已发送给该交流模块之后，判断是否收到自该交流模块所回传的一回应信息；
一警示单元，用以在该回应信息未被收到时，提供一警示信息，以及
一确认单元，用以在该独立发电程序被执行时，周期性地发送一确认信息给该交流模块，其中该判断单元判断该交流模块是否能回应该确认信息，在该交流模块未回应该确认信息时，该警示单元提供一警示信息。
2.一种太阳能***，包括：
至少一交流模块，具有一太阳能板与一交流换流器彼此电性连接；以及
一通信装置，连接该至少一交流模块，用以控制该至少一交流模块的独立发电运行，
其中该通信装置包括：
一负载连接头；
一感知器，用以判断该负载连接头是否连接一负载电器；
一命令单元，用以当该负载连接头连接该负载电器时，发送一独立发电命令给该交流模块；
一判断单元，用以在该独立发电命令已发送给该交流模块之后，判断是否收到自该交流模块所回传的一回应信息，以及
一警示单元，用以在该回应信息未被收到时，提供一警示信息，
其中在该交流模块接受该独立发电命令时，该交流换流器根据该独立发电命令，进入一独立发电程序，该交流模块还包括：
一确认单元，用以在该独立发电程序被执行时，周期性地发送一确认信息给该通信装置；
一判断单元，用以判断该通信装置是否回应该确认信息；
一警示单元，用以在该通信装置未回应该确认信息时，提供一警示信息，且该交流换流器停止运行。
3.一种通信装置，包括：
一模块连接头，用以连接一交流模块，其中该交流模块具有一太阳能板与一交流换流器彼此电性连接；以及
一控制电路，电性连接该模块连接头，用以控制该交流换流器的运行；
一负载连接头；以及
一感知器，用以判断该负载连接头是否连接一负载电器，
其中该控制电路包括：
一命令单元，用以当该负载连接头连接该负载电器时，发送一独立发电命令给该交流模块，在该交流模块接受该独立发电命令时，该交流换流器根据该独立发电命令，进入一独立发电程序；
一判断单元，用以在该独立发电命令已发送给该交流模块之后，判断是否收到自该交流模块所回传的一回应信息；
一警示单元，用以在该回应信息未被收到时，提供一警示信息；以及
一确认单元，用以在该独立发电程序被执行时，周期性地发送一确认信息给该交流模块，其中该判断单元判断该交流模块是否能回应该确认信息，在该交流模块未回应该确认信息时，该警示单元提供一警示信息。
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