CN105099361A - 太阳能遮荫电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能电路，尤其涉及一种太阳能遮荫电路。本发明的目的在于提供一种可改善因遮荫状况而导致太阳能电池单元无法正常工作的太阳能遮荫电路。一种太阳能遮荫电路，耦接至旁路串联连接的多个太阳能电池单元，其特征在于：它包括：一个金属氧化物半导体(MOS)开关组，包含多个MOS开关，每个MOS开关与相对应的太阳能电池单元并联耦接；以及一个驱动单元组，包含多个驱动单元，每个驱动单元分别输出一个控制信号至相对应的所述MOS开关，用以控制所述MOS开关导通；其中，当遮荫状况发生时，所述驱动单元输出所述控制信号至相对应的所述MOS开关，以控制该MOS开关导通。

Description

太阳能遮荫电路
技术领域
本发明涉及一种太阳能电路，尤其涉及一种太阳能遮荫电路。
背景技术
太阳能发电为目前被广泛用来产生替代能源的方法之一，其发电方式较传统发电(例如，火力或水力)更加环保。然而，太阳能发电的太阳能板及其模块的使用寿命却受到很多因素的影响，大幅影响了太阳能发电的稳定性。
一般来说，影响太阳能板及其模块使用寿命的因素之一在于遮荫效应的影响，当太阳能板中用于接收将太阳能量转换为电力的太阳能电池发生遮荫效应时，被遮荫的太阳能电池片内阻高，进而发热，随着发热的时间增加，太阳能电池故障的机率便上升，且整个太阳能模块的得电率下降。为解决上述问题，目前业界普遍使用二极管来达到太阳能电池的防护。在遮荫效应发生时，二极管可避免逆电流灌入太阳能电池，进而可保护太阳能电池免于烧毁的可能。
然而，二极管却可能因导通时的高温散热不良，且因流过大量电流，导致二极管损伤，自然无法达到保护太阳能电池的功效，进而影响太阳能板及其模块的运作。即使二极管未损毁，但操作在高温环境下，二极管产生高损耗，太阳能板及其模块的发电效果亦不佳。
因此，如何改善上述问题使太阳能发电能更普及，实为业界急需解决的课题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种可改善因遮荫状况而导致太阳能电池单元无法正常工作的太阳能遮荫电路。
一种太阳能遮荫电路，耦接至旁路串联连接的多个太阳能电池单元，其包括：
一个金属氧化物半导体(MOS)开关组，包含多个MOS开关，每个MOS开关与相对应的太阳能电池单元并联耦接；以及
一个驱动单元组，包含多个驱动单元，每个驱动单元分别输出一个控制信号至相对应的所述MOS开关，用以控制所述MOS开关导通；
其中，当遮荫状况发生时，所述驱动单元输出所述控制信号至相对应的所述MOS开关，以控制该MOS开关导通。
所述太阳能遮荫电路，其还包含：
一个振荡器，其透过总线耦接至所述开关组以及所述驱动电路组，定时输出一个解除信号，其中，当遮荫状况解除时，该振荡器所输出的所述解除信号用以断开相对应的所述MOS开关。
所述振荡器利用一个耦接至所述MOS开关的上拉电阻，以一固定频率定时地输出所述解除信号。
所述太阳能遮荫电路，它还包含：
一个过热保护单元，其透过总线耦接至所述开关组以及所述驱动电路组，当过热状况发生时，所述过热保护单元输出一个过热信号，控制发生过热状况的所述开关导通。
所述过热保护单元包含至少一个温感器。
所述温感器包含热敏电阻。
所述温感器包含二极管。
所述驱动单元组输出所述控制信号至所述MOS开关的闸极，以导通所述MOS开关，进而形成一个旁路路径以旁路发生所述遮荫状况的太阳能电池单元。
所述驱动单元组为运算放大器。
所述MOS开关为PMOS开关。
所述太阳能遮荫电路，它还包含一个二极管，耦接于所述串联耦接太阳能电池单元的最后一个太阳能电池单元。
所述MOS开关为NMOS开关。
所述太阳能遮荫电路，它还包含一个二极管，耦接于所述串联耦接太阳能电池单元的第一个太阳能电池单元。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明利用电子开关(例如，半导体开关或二极管搭配半导体开关)基于太阳能电池单元所产生的电压进行旁路太阳能电池单元，进而使整个太阳能模块正常工作；本发明的过热保护单元，避免电子开关过热或环境温度过高使组件烧毁；本发明的解锁单元，可在遮荫状况或过热状况解除时，立即将被旁路的太阳能电池单元解锁以恢复正常工作，可最佳化太阳能发电模块所产出的电力。通过过热保护单元以及振荡器的搭配，可随时依照严劣气候微调太阳能发电模块，使太阳能发电模块的工作最佳化。
附图说明
图1为根据本发明的实施例的太阳能遮荫电路示意图。
【主要组件符号说明】
12_1：第一开关
12_2：第二开关
12_3：第三开关
14_1：第一驱动单元
14_2：第二驱动单元
16：过热保护单元
18：振荡器
20_1：第一太阳能电池单元
20_2：第二太阳能电池单元
20_3：第三太阳能电池单元
22_1：第一控制信号
22_2：第二控制信号
22_3：过热信号
22_4：解除信号
24_1：第一温感器
24_2：第二温感器
26：总线
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
图1所示为根据本发明的实施例的太阳能遮荫电路示意图。如图中所示，太阳能遮荫电路包含开关组，其包含多个开关，如第一开关12_1、第二开关12_2和第三开关12_3；驱动单元组，用以控制所述开关；过热保护单元16、振荡器18以及总线26。
所述第一开关12_1、第二开关12_2、第三开关12_3连接至相对应的第一太阳能电池单元20_1、第二太阳能电池单元20_2和第三太阳能电池单元20_3，用以提供一个旁路路径以绕过所述第一太阳能电池单元20_1、第二太阳能电池单元20_2和第三太阳能电池单元20_3。
在实施例中，第一太阳能电池单元20_1、第二太阳能电池单元20_2和第三太阳能电池单元20_3连接至第一开关12_1、第二开关12_2、第三开关12_3。本领域技术人员可知，本发明的开关、驱动单元以及太阳能电池单元的个数并不局限于此，可依照太阳能发电模块的规模大小调整。
在实施例中，第一太阳能电池单元20_1、第二太阳能电池单元20_2和第三太阳能电池单元20_3串联连接，第一开关12_1与第一太阳能电池单元20_1并联连接；相同地，第二开关12_2与第二太阳能电池单元20_2并联连接，第三开关12_3与第三太阳能电池单元20_3并联连接。在实施例中，开关12_1～12_3为半导体开关，例如，第一开关12_1可为二极管，第二开关12_2以及第三开关12_3可为金属氧化物半导体(MOS)，但本发明并不以此为限，开关12_1～12_3可依使用者所需调整类型。在较佳实施例中，第二开关12_2以及第三开关12_3为P通道金属氧化物半导体(PMOS)，第一开关12_1的阳极耦接至地，第一开关12_1的阴极耦接至第二开关12_2的汲极，第二开关12_2的源极耦接至第三开关12_3的汲极，以此类推。然而，本发明并不以此为限，可依使用者需求而调整开关12_1～12_3的态样及连接关系。
如图1中所示，驱动单元组包含第一驱动单元14_1以及第二驱动单元14_2，其依据太阳能电池单元的电压状况控制第二开关12_2以及第三12_3的导通。本技术领域人员可知，驱动单元的数量是基于开关的数量决定，本实施例仅为例示。第一驱动单元14_1以及第二驱动单元14_2分别输出第一控制信号22_1以及第二控制信号22_2至开关第二12_2以及第三12_3的闸极，进而控制第二开关12_2以及第三12_3导通。在实施例中，第一驱动单元14_1以及第二驱动单元14_2可为运算放大器(本发明并不以此为限)，通过比较相邻太阳能电池单元的电压是否平衡，判断是否导通第二开关12_2以及第三开关12_3。
当太阳能遮荫电路运作且无遮荫状况时，太阳能板接收太阳能光以发电至第一太阳能电池单元20_1、第二太阳能电池单元20_2和第三太阳能电池单元20_3，此时第一太阳能电池单元20_1、第二太阳能电池单元20_2和第三太阳能电池单元20_3的电压AJM、BJM以及CJM之间的关系必须维持为AJM<BJM<CJM，因此第一驱动单元14_1以及第二驱动单元14_2无动作，第二开关12_2以及第三开关12_3因而保持断开。
当太阳能板受到遮荫状况时，为方便说明，第二开关12_2及第三12_3以PMOS为例说明。假设遮荫状况发生在相对应第二太阳能电池单元20_2的太阳能板上，则第二太阳能电池单元20_2受分压关系所产生的电压BJM则降低，当BJM低于第一太阳能电池单元20_1所产生的电压AJM时，第一驱动单元14_1输出第一控制信号22_1(例如，逻辑低)驱动第二开关12_2导通。由于第二开关12_2的导通形成一个旁路路径，因此第二太阳能电池单元20_2被旁路绕过。同理，假设遮荫状况发生在相对应第三太阳能电池单元20_3的太阳能板上，则第三太阳能电池单元20_3所产生的电压CJM则降低，当CJM低于相邻的第二太阳能电池单元20_2所产生的电压BJM时，第二驱动单元14_2输出第二控制信号22_2驱动第三开关12_3导通。由于第三开关12_3的导通形成一个旁路路径，因此第三太阳能电池单元20_3被旁路绕过。
在另一实施例中，太阳能遮荫电路中还包含一过热保护单元16，过热保护单元16利用总线26耦接至第一驱动单元14_1及第二驱动单元14_2。过热保护单元16利用一个以上的温感器(例如，热敏电阻)侦测环境温度或第二开关12_2、第三开关12_3的温度，以保护整个太阳能发电模块。本发明实施例以两个负温度系数热敏电阻为例，但并不以此为限。在本实施例中，第一温感器24_1用于感测第二开关12_2、第三开关12_3的表面温度，而第二温感器24_2用于感测环境温度。在实施例中，总线26为二极管的架构，其阳极耦接至第一驱动单元14_1及第二驱动单元14_2的输出端，而其阴极耦接至过热保护单元16的输出端。在此实施例中，当第二开关12_2、第三开关12_3的表面温度高于环境温度时，过热保护单元16输出的过热信号22_3为逻辑高(High)，无法流过总线26，因此，第一驱动单元14_1及第二驱动单元14_2启动遮荫功能，透过判断第一太阳能电池单元20_1、第二太阳能电池单元20_2和第三太阳能电池单元20_3的电压大小AJM、BJM、以及CJM决定是否需导通第二开关12_2、第三开关12_3以形成旁路路径以绕过第二太阳能电池单元20_2以及第三太阳能电池单元20_3，驱动单元的工作模式如先前说明，在此不再赘述。
如上所述，当第二开关12_2或第三开关12_3导通启动旁路路径时，第二太阳能电池单元20_2或第三太阳能电池单元20_3被停用以维持整个太阳能发电模块正常运作。然而，一旦遮荫状况消失(例如，遮蔽住太阳能板的遮蔽物被移开)，第二太阳能电池单元20_2或第三太阳能电池单元20_3却仍旧处于被旁路的状况，如此太阳能发电模块的发电效率则大幅降低。因此，在又一实施例中，太阳能遮荫电路还包含一振荡器18，振荡器18透过总线26以及一上拉(pullhigh)电阻(例如，1百万欧姆)耦接至第二开关12_2以及第三开关12_3的闸极，且耦接至第一驱动单元14_1以及第二驱动单元14_2的输出端。振荡器18透过RC振荡，以使用者设定的固定频率定时的输出一个解除信号22_4(例如，逻辑低)。为方便说明，在实施例中，假设遮荫状况发生在相对应第二太阳能电池单元20_2的太阳能板上，第二开关12_2因遮荫状况而导通(亦即，第一驱动单元14_1输出逻辑低的第一控制信号22_1)，第二太阳能电池单元20_2被旁路。同时，振荡器18定时地输出逻辑低的解除信号22_4，一旦遮荫状况移除时，振荡器18所输出的解除信号22_4透过一上拉电阻(图中未示)将逻辑低的解除信号22_4上拉为逻辑高信号，进而除能第二开关12_2(亦即断开MOS)以解除第二太阳能电池单元20_2的旁路路径，使第二太阳能电池单元20_2恢复工作。
同理，当第一温感器24_1及第二温感器24_2所侦测到的温度下降，代表目前太阳能发电模块并未处于高温危险的状况，亦或代表遮荫状况被移除。因此，在这种情况下，亦是搭配振荡器18断开第二开关12_2或第三开关12_3，以将被旁路的第二太阳能电池单元20_2或第三太阳能电池单元20_3解锁，使太阳能发电模块所能产出的电力得以最大化。
在实施例中，如图1所示，当第二开关12_2以及第三开关12_3为PMOS时，第一开关12_1可为二极管，耦接至太阳能发电模块中的串联耦接的太阳能电池单元的最后一个电池单元(例如，第一太阳能电池单元20_1)。在另一实施例中，当第二开关12_2以及第三开关12_3为NMOS时，第一开关12_1则耦接至整串太阳能电池单元的第一个电池单元(图中未示)。
本发明提供一种太阳能遮荫电路，其利用电子开关(例如，二极管搭配PMOS)基于比对太阳能电池单元所产生的电压进行遮荫判断，绕过受到遮荫的太阳能电池单元，进而使整个太阳能发电模块或一长串模块可以维持正常运作。本发明还提供过热保护单元，以避免电子开关过热或环境温度过高使组件烧毁。本发明还提供解锁单元，可在遮荫状况或过热状况解除时，立即将原先旁路绕过的太阳能电池单元解锁以恢复正常工作，若无自动解除，即使遮荫现象被移除，被导通之MOS开关无法被除能(disable)，因此，透过本发明的解锁单元，可使太阳能发电模块所产出的电力得以最大化。透过MOS开关进行遮荫防护可使太阳能发电模块功耗少、发电量大且不易发生过热状况，且搭配过热保护单元以及振荡器，可随时依照严劣气候微调太阳能遮荫电路，使太阳能发电模块工作于最佳化。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以申请专利范围中之记载为准。

Claims (13)

1.一种太阳能遮荫电路，耦接至旁路串联连接的多个太阳能电池单元，其特征在于：其包括：
一个金属氧化物半导体(MOS)开关组，包含多个MOS开关，每个MOS开关与相对应的太阳能电池单元并联耦接；以及
一个驱动单元组，包含多个驱动单元，每个驱动单元分别输出一个控制信号至相对应的所述MOS开关，用以控制所述MOS开关导通；
其中，当遮荫状况发生时，所述驱动单元输出所述控制信号至相对应的所述MOS开关，以控制该MOS开关导通。
2.如权利要求1所述的太阳能遮荫电路，其特征在于：其还包含：
一个振荡器，其透过总线耦接至所述开关组以及所述驱动电路组，定时输出一个解除信号，其中，当遮荫状况解除时，该振荡器所输出的所述解除信号用以断开相对应的所述MOS开关。
3.如权利要求2所述的太阳能遮荫电路，其特征在于：所述振荡器利用一个耦接至所述MOS开关的上拉电阻，以一固定频率定时地输出所述解除信号。
4.如权利要求1所述的太阳能遮荫电路，其特征在于：它还包含：
一个过热保护单元，其透过总线耦接至所述开关组以及所述驱动电路组，当过热状况发生时，所述过热保护单元输出一个过热信号，控制发生过热状况的所述开关导通。
5.如权利要求4所述的太阳能遮荫电路，其特征在于：所述过热保护单元包含至少一个温感器。
6.如权利要求5所述的太阳能遮荫电路，其特征在于：所述温感器包含热敏电阻。
7.如权利要求5所述的太阳能遮荫电路，其特征在于：所述温感器包含二极管。
8.如权利要求1所述的太阳能遮荫电路，其特征在于：所述驱动单元组输出所述控制信号至所述MOS开关的闸极，以导通所述MOS开关，进而形成一个旁路路径以旁路发生所述遮荫状况的太阳能电池单元。
9.如权利要求1所述的太阳能遮荫电路，其特征在于：所述驱动单元组为运算放大器。
10.如权利要求1所述的太阳能遮荫电路，其特征在于：所述MOS开关为PMOS开关。
11.如权利要求10所述的太阳能遮荫电路，其特征在于：它还包含一个二极管，耦接于所述串联耦接太阳能电池单元的最后一个太阳能电池单元。
12.如权利要求1所述的太阳能遮荫电路，其特征在于：所述MOS开关为NMOS开关。
13.如权利要求12所述的太阳能遮荫电路，其特征在于：它还包含一个二极管，耦接于所述串联耦接太阳能电池单元的第一个太阳能电池单元。
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