TWI424658B - 太陽能逆變器和太陽能逆變器之控制方法 - Google Patents

太陽能逆變器和太陽能逆變器之控制方法 Download PDF

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Description

太陽能逆變器和太陽能逆變器之控制方法
本發明係有關於太陽能轉換系統，特別係有關於一種太陽能逆變器。
第1圖係習知太陽能逆變器。如圖所示，輔助電源(auxiliary power)12之輸入端耦接至太陽能面板18，輸出端耦接至控制器11。第2圖係太陽能面板在不同日光照度下電壓、電流及功率之關係圖，由第2圖可知太陽能面板18的輸出電壓會隨著不同的日照強度而對應著改變，因此輔助電源12之輸入端必須接受來自太陽能面板18的寬廣電壓範圍，例如20Vdc~50Vdc。但由於輔助電源12的輸出端所輸出的電壓是固定的(例如12V、5V或3.3V等)，因此當輔助電源12之輸入端的電壓值(例如50V)與輔助電源12之最佳轉換效率電壓(例如35V或25V，但不限於此)差異很大時，輔助電源12的轉換效率就會變差，造成能量的損耗。
另一方面，在日光照度不足時(例如日光照度小於100W/m2或開路電壓小於40V時)，控制器11對太陽能面板18進行最大功率點追蹤(maximum power point tracking,MPPT)，使得太陽能面板18所輸出之電壓小於輔助電源12的啟動電壓(例如25V)，造成太陽能逆變器10關閉。又因為控制器11停止對太陽能面板18進行最大功率點追蹤，使得太陽能面板18所輸出之電壓達到該照度下之開路電 壓(例如40V)，而該照度下之開路電壓大於輔助電源12之啟動電壓，因此啟動輔助電源12，使得控制器11對太陽能面板18進行最大功率點追蹤，又再次使得太陽能逆變器10關閉。太陽能逆變器10在反覆地開關下，造成無法有效率的採集太陽能面板18所輸出之能量。因此，亟需一種轉換效率高的太陽能逆變器來轉換太陽能面板所輸出之能量。
有鑑於此，本發明提供一種太陽能逆變器，包括：一控制器；一輔助電源，提供電源至控制器；以及一緩衝元件，耦接於一太陽能面板與輔助電源之間，使得於一啟動週期中，緩衝元件先儲存太陽能面板所輸出之能量，於啟動週期後之一第一週期中，緩衝元件停止儲存太陽能面板所輸出之能量，並且將所儲存之能量提供至輔助電源，使得控制器對太陽能面板進行最大功率點追蹤，並且於第一週期後之一第二週期中，緩衝元件將太陽能面板所輸出之能量直接饋入輔助電源，使得控制器繼續對太陽能面板進行最大功率點追蹤。
本發明亦提供一種太陽能逆變器，包括：一控制器，偵測一太陽能面板之開路電壓；一輔助電源，提供電源至控制器；以及一緩衝元件，耦接於太陽能面板與輔助電源之間，其中當太陽能面板啟動後，並且開路電壓小於一第一電壓時，控制器致使緩衝元件儲存太陽能面板所輸出之能量，並暫緩對太陽能面板進行最大功率點追蹤。
本發明亦一種太陽能逆變器之控制方法，包括：當一太陽能面板啟動後，偵測太陽能面板之一開路電壓；以及當開路電壓小於一第一電壓時，儲存太陽能面板所輸出之能量至一儲存元件中，並且暫緩對太陽能面板進行最大功率點追蹤。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖示，作詳細說明如下：
第3圖係本揭露之太陽能逆變器之一實施例。如第3圖所示，太陽能逆變器30包括一控制器(controller)31、一輔助電源(auxiliary power)32、一緩衝元件(buffering element)33以及一轉換器(inverter)34。舉例來說，控制器31偵測一太陽能面板(photovoltaic panel)38之開路電壓(open circuit voltage)，並且控制緩衝元件33和轉換器34。轉換器34根據控制器31的控制，調整太陽能面板38所輸出的電壓與電流，以便得到最大功率。輔助電源32具有一輸入端耦接至緩衝元件33，以及一輸出端耦接至控制器31，以便提供電源至控制器31。緩衝元件33耦接於太陽能面板38與輔助電源32之間，其中緩衝元件33包括一儲存元件(storage element)35、一切換元件(switcher)36以及一升壓電路(Boost converter)37。舉例來說，切換元件36耦接太陽能面板38與儲存元件35之間，以便根據控制器31的控制，將太陽能面板38所輸出的能量儲存在儲存元件35， 或將太陽能面板38所輸出的能量直接饋入輔助電源32。升壓電路37根據控制器31的控制來提供電壓至輔助電源32。
當太陽能面板38啟動後，太陽能面板38之開路電壓小於一電壓V1時(例如小於50V時)，控制器31致使緩衝元件33儲存太陽能面板38所輸出之能量，並暫緩對太陽能面板38進行最大功率點追蹤(maximum power point tracking,MPPT)。在此實施例中，切換元件36在正常狀態下為閉路狀態(normal-on)，但不限於此。詳細而言，當太陽能面板38啟動後，開路電壓小於電壓V1時，控制器31致使切換元件36閉路狀態(close circuit state)，使得太陽能面板38所輸出之能量儲存在儲存元件35中。
當太陽能面板38啟動後，並且開路電壓大於電壓V1時，控制器31致使切換元件36為開路狀態(open circuit state)，使得緩衝元件33之儲存元件35停止儲存太陽能面板38所輸出之能量，並且將所儲存之能量提供至輔助電源32，以便控制器31對太陽能面板38進行最大功率點追蹤。當控制器31對太陽能面板38進行最大功率點追蹤，並且太陽能面板38所輸出之電壓小於一電壓V2(例如35V)時，控制器31致使切換元件36為閉路狀態，使得緩衝元件33將太陽能面板38所輸出之能量直接饋入輔助電源32，以便控制器31繼續對太陽能面板38進行最大功率點追蹤。
當控制器31對太陽能面板38進行最大功率點追蹤，並且太陽能面板38所輸出之電壓小於一電壓V3(例如25V)時，控制器31致使切換元件36為開路狀態並且啟動升壓 電路37，使得升壓電路37將太陽能面板38所輸出之電壓升壓至電壓V3，並提供電壓V3至輔助電源32，以便控制器31繼續對太陽能面板38進行最大功率點追蹤。
當太陽能面板38關閉時(例如日落之後)，使得太陽能逆變器30關閉，但切換元件36為閉路狀態，以便在太陽能面板38啟動時(例如清晨)直接先對儲存元件35進行充電。
第4圖係本發明之太陽能逆變器之一時序圖。第4圖係對應於第3圖，用以說明太陽能逆變器30。如圖所示，當太陽能面板38受到陽光照射時(例如清晨)，太陽能面板38自動啟動並且太陽能逆變器30進入啟動週期PS。在啟動週期PS中，由於切換元件36初始狀態為閉路狀態，使得緩衝元件33之儲存元件35先儲存太陽能面板38所輸出之能量。當控制器31偵測到太陽能面板38之開路電壓達到電壓V1時(即太陽光照度夠大，使得輔助電源32不會因控制器31對太陽能面板38進行最大功率點追蹤時，電壓低於啟動電壓而導致關閉)，太陽能逆變器30由啟動週期PS進入週期P1，並且控制器31致使切換元件36為開路狀態，使得緩衝元件33之儲存元件35停止儲存太陽能面板38所輸出之能量，以及將所儲存之能量提供至輔助電源32，以便控制器31對太陽能面板38進行最大功率點追蹤。
當控制器31對太陽能面板38進行最大功率點追蹤，並且控制器31偵測到太陽能面板38所輸出之電壓小於一電壓V2時，太陽能逆變器30由週期P1進入週期P2，控制器31致使切換元件36為閉路狀態，使得緩衝元件33將 太陽能面板38所輸出之能量直接饋入輔助電源32，以便控制器31繼續對太陽能面板38進行最大功率點追蹤。
當控制器31對太陽能面板38進行最大功率點追蹤，並且控制器31偵測到太陽能面板38所輸出之電壓小於一電壓V3(即輔助電源32之啟動電壓)時，太陽能逆變器30由週期P2進入一週期P3。控制器31致使切換元件36為開路狀態並且啟動升壓電路37，使得緩衝元件33之升壓電路37將太陽能面板38所輸出之電壓升壓至電壓V3，並提供電壓V3至輔助電源32，以便控制器31繼續對太陽能面板38進行最大功率點追蹤。
當沒有光照射太陽能面板38時(例如黑夜)，則太陽能面板38關閉，使得太陽能逆變器30也關閉，但切換元件36為閉路狀態，以便在太陽能面板38於啟動週期PS(例如清晨)時直接先對儲存元件35進行充電，於週期P1時控制器31才對太陽能面板38進行最大功率點追蹤。
綜合以上所述，切換元件36根據控制器31的控制，在啟動週期PS和週期、P1、P2與P3中進行切換，使得在啟動週期PS與週期P2時為閉路狀態，並且在週期P1與週期P3時為開路狀態。
在某些實施例中，在週期P2中，當儲存元件35所輸出之電壓為電壓V2時，控制器31致使切換元件36為開路狀態，使得儲存元件35停止儲存太陽能面板38所輸出之能量，並且將所儲存之能量提供至輔助電源32，直到儲存元件35所輸出之電壓到達電壓V3時，控制器31致使切換元件36為閉路狀態，使得儲存元件35儲存太陽能面 板38所輸出之能量並且將太陽能面板38所輸出之能量直接饋入輔助電源32，使得設計電壓V3為最佳轉換效率之輔助電源32具有較佳的轉換效率。
第5圖係本揭露之太陽能逆變器之控制方法之一流程圖，如圖所示，太陽能逆變器之控制方法包括下列步驟。
於步驟S51，當太陽能面板38啟動後，偵測太陽能面板38之一開路電壓。於步驟S52，當開路電壓小於電壓V1時，儲存太陽能面板38所輸出之能量至儲存元件35中，並且暫緩對太陽能面板38進行最大功率點追蹤。於步驟S53，當太陽能面板38啟動後，開路電壓大於電壓V1時，停止儲存太陽能面板38所輸出之能量，並且將所儲存之能量提供至輔助電源32，以便控制器31對太陽能面板38進行最大功率點追蹤。
於步驟S54，當控制器31對太陽能面板38進行最大功率點追蹤，並且太陽能面板38所輸出之電壓小於電壓V2時，將太陽能面板38所輸出之能量直接饋入輔助電源32，以便控制器31繼續對太陽能面板38進行最大功率點追蹤。於步驟S55，當控制器31對太陽能面板38進行最大功率點追蹤，並且太陽能面板38所輸出之電壓小於電壓V3時，致使升壓電路37啟動，使得升壓電路37將太陽能面板38所輸出之電壓升壓至電壓V3，並提供電壓V3至輔助電源32，以便控制器31繼續對太陽能面板38進行最大功率點追蹤。在此實施例中，電壓V1大於電壓V2，並且電壓V2大於電壓V3。舉例來說，電壓V1可以是50V、51V或52V等等，電壓V2可以是30V、31V或32V等等， 電壓V3可以是25V、26V或27V等等，但不限於此。
綜合以上所述，本發明實施例在啟動週期時(即日光照度不足時)，先暫緩對太陽能面板38進行最大功率點追蹤，避免太陽能逆變器30反覆地開關，而無法有效率的採集太陽能面板38所輸出之能量，並且將太陽能面板38所輸出之能量儲存在儲存元件35中。在週期P1時(即輔助電源32之輸入端的電壓值與輔助電源32之最佳轉換效率電壓值差異很大時)，先以儲存在儲存元件35中的能量提供至輔助電源32，當太陽能面板38所輸出之電壓到達電壓V2時(相較於電壓V1，電壓V2較接近輔助電源32之最佳轉換效率電壓)，才將太陽能面板38所輸出之電壓直接饋入輔助電源32，以提高輔助電源32的轉換效率。
雖然本發明以較佳實施例揭露如上，但並非用以限制本發明。此外，習知技藝者應能知悉本發明申請專利範圍應被寬廣地認定以涵括本發明所有實施例及其變型。
10、30‧‧‧太陽能逆變器
11、31‧‧‧控制器
12、32‧‧‧輔助電源
33‧‧‧緩衝元件
14、34‧‧‧轉換器
35‧‧‧儲存元件
36‧‧‧切換元件
37‧‧‧升壓電路
18、38‧‧‧太陽能面板
PS‧‧‧啟動週期
P1~P3‧‧‧週期
第1圖係習知太陽能逆變器。
第2圖係太陽能面板在不同日光照度下電壓、電流及功率之一關係圖。
第3圖係本揭露之太陽能逆變器之一實施例。
第4圖係本發明之太陽能逆變器之一時序圖。
第5圖係本揭露之太陽能逆變器之控制方法之一流程圖。
30‧‧‧太陽能逆變器
31‧‧‧控制器
32‧‧‧輔助電源
33‧‧‧緩衝元件
34‧‧‧轉換器
35‧‧‧儲存元件
36‧‧‧切換元件
37‧‧‧升壓電路
38‧‧‧太陽能面板

Claims (20)

  1. 一種太陽能逆變器，包括：一控制器；一輔助電源，提供電源至上述控制器；以及一緩衝元件，耦接於一太陽能面板與上述輔助電源之間，使得於一啟動週期中，上述緩衝元件先儲存上述太陽能面板所輸出之能量且上述控制器暫緩對上述太陽能面板進行最大功率點追蹤，於上述啟動週期後之一第一週期中，上述緩衝元件停止儲存上述太陽能面板所輸出之能量，並且將所儲存之能量提供至上述輔助電源，使得上述控制器對上述太陽能面板進行最大功率點追蹤，並且於上述第一週期後之一第二週期中，上述緩衝元件將上述太陽能面板所輸出之能量直接饋入上述輔助電源，使得上述控制器繼續對上述太陽能面板進行最大功率點追蹤；其中上述控制器根據上述輔助電源之輸入端的電壓值以及上述輔助電源的最佳轉換效率電壓值，控制上述緩衝元件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能逆變器，其中當上述太陽能面板之開路電壓達到一第一電壓時，上述太陽能逆變器由上述啟動週期進入上述第一週期。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能逆變器，其中當上述控制器對上述太陽能面板進行最大功率點追蹤，並且上述太陽能面板所輸出之電壓小於一第二電壓時，上述太陽能逆變器由上述第一週期進入上述第二週期。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之太陽能逆變器，其中 當上述控制器對上述太陽能面板進行最大功率點追蹤，並且上述太陽能面板所輸出之電壓小於一第三電壓時，上述太陽能逆變器由上述第二週期進入一第三週期。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之太陽能逆變器，其中於上述第三週期中，上述緩衝元件將上述太陽能面板所輸出之電壓升壓至一第三電壓，並提供上述第三電壓至上述輔助電源。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之太陽能逆變器，其中上述第一電壓大於上述第二電壓，並且上述第二電壓大於上述第三電壓。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能逆變器，其中上述緩衝元件包括：一儲存元件，儲存上述太陽能面板所輸出之能量；以及一切換元件，耦接於上述太陽能面板與儲存元件之間，以便在上述第一、第二與第三週期時進行切換。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之太陽能逆變器，其中上述切換元件於上述啟動週期與上述第二週期中為閉路狀態，並且從上述第一週期與上述第三週期中為開路狀態。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能逆變器，其中上述緩衝元件包括一升壓電路，以便將上述太陽能面板所輸出之電壓升壓至上述第三電壓。
  10. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能逆變器，更包括一轉換器，根據上述控制器的控制，調整上述太陽能面板所輸出的電壓與電流，以便得到最大功率。
  11. 一種太陽能逆變器，包括：一控制器，偵測一太陽能面板之開路電壓；一輔助電源，提供電源至上述控制器；以及一緩衝元件，耦接於上述太陽能面板與上述輔助電源之間，其中當上述太陽能面板啟動後，並且上述開路電壓小於一第一電壓時，上述控制器致使上述緩衝元件儲存上述太陽能面板所輸出之能量，並暫緩對上述太陽能面板進行最大功率點追蹤；其中上述控制器根據上述輔助電源之輸入端的電壓值以及上述輔助電源的最佳轉換效率電壓值，控制將上述緩衝元件所儲存之能量提供至上述輔助電源或將上述太陽能面板所輸出之能量直接饋入上述輔助電源以便上述控制器對上述太陽能面板進行最大功率點追蹤。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之太陽能逆變器，其中上述緩衝元件包括一切換元件以及一儲存元件，當上述太陽能面板啟動後，並且上述開路電壓大於上述第一電壓時，上述切換元件為開路狀態，使得上述緩衝元件停止儲存上述太陽能面板所輸出之能量，並且將所儲存之能量提供至上述輔助電源，以便上述控制器對上述太陽能面板進行最大功率點追蹤。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之太陽能逆變器，其中當上述控制器對上述太陽能面板進行最大功率點追蹤，並且上述太陽能面板所輸出之電壓小於一第二電壓時，上述切換元件為閉路狀態，使得上述緩衝元件將上述太陽能面板所輸出之能量直接饋入上述輔助電源，以便上述控制 器繼續對上述太陽能面板進行最大功率點追蹤。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之太陽能逆變器，其中上述緩衝元件更包括一升壓電路，當上述控制器對上述太陽能面板進行最大功率點追蹤，並且上述太陽能面板所輸出之電壓小於一第三電壓時，上述切換元件為開路狀態並且上述控制器致使上述升壓電路啟動，使得上述升壓電路將上述太陽能面板所輸出之電壓升壓至上述第三電壓，並提供上述第三電壓至上述輔助電源，以便上述控制器繼續對上述太陽能面板進行最大功率點追蹤。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之太陽能逆變器，其中上述第一電壓大於上述第二電壓，並且上述第二電壓大於上述第三電壓。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之太陽能逆變器，更包括一轉換器，根據上述控制器的控制，調整上述太陽能面板所輸出的電壓與電流，以便得到最大功率。
  17. 一種太陽能逆變器之控制方法，包括：當一太陽能面板啟動後，偵測上述太陽能面板之一開路電壓；當上述開路電壓小於一第一電壓時，儲存上述太陽能面板所輸出之能量至一儲存元件中，並且暫緩對上述太陽能面板進行最大功率點追蹤；以及根據一輔助電源之輸入端的電壓值以及上述輔助電源的最佳轉換效率電壓值，控制將上述儲存元件所儲存之能量提供至上述輔助電源或將上述太陽能面板所輸出之能量直接饋入上述輔助電源以進行最大功率點追蹤。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之太陽能逆變器之控制方法，更包括當上述太陽能面板啟動後，上述開路電壓大於上述第一電壓時，停止儲存上述太陽能面板所輸出之能量，並且將所儲存之能量提供至上述輔助電源，以便上述控制器對上述太陽能面板進行最大功率點追蹤。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之太陽能逆變器之控制方法，更包括當上述控制器對上述太陽能面板進行最大功率點追蹤，並且上述太陽能面板所輸出之電壓小於一第二電壓時，將上述太陽能面板所輸出之能量直接饋入上述輔助電源，以便上述控制器繼續對上述太陽能面板進行最大功率點追蹤，其中上述第一電壓大於上述第二電壓。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之太陽能逆變器之控制方法，更包括當上述控制器對上述太陽能面板進行最大功率點追蹤，並且上述太陽能面板所輸出之電壓小於一第三電壓時，致使一升壓電路啟動，使得上述升壓電路將上述太陽能面板所輸出之電壓升壓至上述第三電壓，並提供上述第三電壓至上述輔助電源，以便上述控制器繼續對上述太陽能面板進行最大功率點追蹤，其中上述第二電壓大於上述第三電壓。
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