TWI447339B - 太陽追蹤方法及太陽追蹤系統裝置 - Google Patents

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Description

太陽追蹤方法及太陽追蹤系統裝置
本發明係關於一種太陽追蹤方法與太陽追蹤系統裝置，尤指一種無需額外安裝一光感測器，亦無需計算太陽軌跡之公式，更無需定時校正其機械結構，且也無需被精密地初始安裝，便可持續地追蹤到太陽之位置的太陽追蹤方法與太陽追蹤系統裝置。
目前，習知的太陽能發電系統中，聚光型太陽能發電系統(Concentrated Photovoltaic，CPV)可透過光學元件將陽光聚焦在太陽電池上，減少太陽電池的使用面積，降低發電成本。然而也因此使聚光型太陽能發電系統對入射光的角度十分敏感。高聚光系統(聚光率大於500倍)的太陽電池面積又進一步地縮小，故聚光模組可容忍的追蹤器偏差角度也隨之遽減，因此追蹤器精確度就更顯其重要性。為了讓陽光能正確聚焦在太陽電池上，需要搭配太陽追蹤器使聚光模組的光軸正對太陽。
在聚光型太陽能發電系統中，太陽追蹤器通常需要搭配感測器來運作。太陽追日感測器一般係利用多個感測元件其安裝位置的不同及配合陰影柱，使感測器受光不均勻而產生不同大小的電壓輸出，並由其電壓大小來判斷最強光線的方位。在市面上，光感測元件之種類非常的多，例如有光導體、光二極體、光電晶體及太陽電池等等，該光感測元件主要係依太陽照射到感測器之太陽光強度，而可得到對應之短路電流。太陽光強度越大，短路電流亦越大。再將該短路電流以電壓之型式輸出。
請參閱第1圖，其係習知之太陽追蹤系統裝置的外觀示意圖。其中，習知之太陽追蹤系統裝置係為一聚光型太陽能電池系統(CPV)，且包含一太陽能電池裝置11、一姿態控制裝置12、一光感測器裝置13及一微處理器裝置14，且微處理器裝置14係分別耦合至姿態控制裝置12、光感測器裝置13。其中，姿態控制裝置12具有一方位角控制單元121及一仰角控制單元122，以改變太陽能電池裝置11的姿態(包含一方位角及一仰角)。
當習知之太陽追蹤系統裝置運作時，其光感測器裝置13持續地感測照射至其上的光強度，而其微處理器裝置14便依據光感測器裝置13的感測結果，驅動一馬達驅動裝置，以驅動一姿態控制裝置中之馬達，藉由此姿態控制裝置12以調整太陽能電池裝置11及光感測器裝置13的姿態。然而，安裝光感測器裝置需花費相當長之時間作初始校正，以使當太陽能電池裝置11正對太陽時，光感測器裝置13所具之四個(或多個)光感測器的輸出電壓或電流為完全相同。
而且，當習知之太陽追蹤系統裝置運作一段時間後，其機械結構難免會因風吹雨打而有所受損、鬆脫或變形，造成介於其光感測器裝置13與太陽能電池裝置11之間的相對位置關係有所改變，或光感測器裝置13所具之光感測器因長期日照老化，皆會導致當光感測器裝置13感測到最大照度之光源(如追蹤到太陽之位置)時，太陽能電池裝置11卻非位於一可接受到最大照度之光源的姿態，造成習知之太陽追蹤系統裝置的發電效率比剛安裝完成時顯著地降低。
為此，業界便需要定時地校正習知之太陽追蹤系統裝置的機械結構，使介於其光感測器裝置13與太陽能電池裝置11之間的相對位置關係回歸到初始設定狀態。但是，這會造成習知之太陽能電池系統的維護費用增加，以及維護人員的困擾。
另一方面，亦有習知之太陽追蹤系統裝置係使用內容複雜的太陽公式推算出太陽的位置，再調整其太陽能電池裝置至一對應至此推算出之太陽位置的姿態。可是，此推算追蹤方式要能成功，先決要件是其起始位置要非常精確，否則起步位置一發生錯誤，後續推算出來的位置自然就連帶錯誤。為此，造成習知之太陽追蹤系統裝置必須精密地初始安裝，且其設置位置亦必須精密地定位，造成習知之太陽追蹤系統裝置的安裝費用增加。
因此，業界需要一種無需額外安裝一光感測器，亦無需計算太陽軌跡之公式，更無需定時校正其機械結構，且也無需被精密地初始安裝，便可持續地追蹤到太陽之位置的太陽追蹤方法與太陽追蹤系統裝置。
又習知之太陽能發電系統為了達到最大的輸出功率，一般皆會裝置有最大功率點追蹤(maximum power point tracking MPPT)裝置。該最大功率點追蹤裝置包含有一升壓電路或升降壓電路。要達到最大功率時，需量測電壓及電流或功率以作為回饋(feedback)訊號，以控制一升壓電路或升降壓電路中功率晶體之切換，使太陽能電池模組在各種照度及負載情況之下，經由光電轉換之後皆可產生最大功率輸出。而當太陽能發電系統正對太陽時其電池模組之短路電流或功率輸出亦是最大值。
本發明之主要目的係在提供一種太陽追蹤方法，俾使太陽追蹤系統裝置無需額外安裝光感測器，亦無需計算太陽軌跡之公式，更無需定時校正機械結構，便可持續地追蹤到太陽的位置。
本發明之另一目的係在提供一種太陽追蹤系統裝置，俾使其無需被精密地初始安裝，且無需額外安裝光感測器，亦無需計算太陽軌跡之公式，更無需定時校正其機械結構，便可持續地追蹤到太陽的位置。
為達成上述目的，本發明之太陽追蹤方法，係應用於太陽追蹤系統裝置，且太陽追蹤系統裝置包含太陽能電池裝置、姿態控制裝置、短路電流量測裝置、最大功率追蹤控制裝置、馬達驅動裝置及微處理器裝置，最大功率追蹤控制裝置並至少具有功率元件，方法係包括下列步驟：(A)驅動馬達驅動裝置，以驅動姿態控制裝置中之馬達，藉由姿態控制裝置改變太陽能電池裝置之姿態，且於太陽能電池裝置之姿態改變時，持續地配合最大功率追蹤控制裝置之功率元件的切換，藉由短路電流量測裝置量測並記錄太陽能電池裝置的短路電流；(B)藉由微處理器裝置運算出被記錄之各短路電流中的最大值；以及(C)驅動馬達驅動裝置，以藉由姿態控制裝置將太陽能電池裝置之姿態調整至對應於短路電流最大值的姿態。
本發明之太陽追蹤方法，係應用於太陽追蹤系統裝置，且太陽追蹤系統裝置包含太陽能電池裝置、姿態控制裝置、短路電流量測裝置、馬達驅動裝置及微處理器裝置，方法係包括下列步驟：(A)驅動馬達驅動裝置，以驅動姿態控制裝置中之馬達，藉由姿態控制裝置改變太陽能電池裝置之姿態，且於太陽能電池裝置之姿態改變時，藉由短路電流量測裝置直接量測並記錄太陽能電池裝置的短路電流；(B)藉由微處理器裝置運算出被記錄之各短路電流中的最大值；以及(C)驅動馬達驅動裝置，以藉由姿態控制裝置將太陽能電池裝置之姿態調整至對應於短路電流最大值的姿態。
本發明之太陽追蹤之方法，係應用於太陽追蹤系統裝置，且太陽追蹤系統裝置包含太陽能電池裝置、姿態控制裝置、最大功率追蹤控制裝置、馬達驅動裝置及微處理器裝置，最大功率追蹤控制裝置並至少具有功率元件及電流、電壓或功率量測裝置，方法係包括下列步驟：(A)驅動馬達驅動裝置，以驅動姿態控制裝置中之馬達，藉由姿態控制裝置改變太陽能電池裝置之姿態，且於太陽能電池裝置之姿態改變時，藉由最大功率追蹤控制裝置中之電流、電壓或功率量測裝置量測並記錄太陽能電池裝置輸出的功率；(B)藉由微處理器裝置運算或比較出被記錄之各功率中的最大值；以及(C)驅動馬達驅動裝置，以藉由姿態控制裝置將太陽能電池裝置之姿態調整至對應於功率最大值的姿態。
為達成上述目的，本發明之太陽追蹤系統裝置，係包括：太陽能電池裝置，係具有複數個太陽能電池單元；姿態控制裝置，係與太陽能電池裝置結合，以控制太陽能電池裝置之姿態；短路電流量測裝置，係與太陽能電池裝置耦合，以量測太陽能電池裝置的短路電流；最大功率追蹤控制裝置，係與太陽能電池裝置耦合，以追蹤太陽能電池裝置的最大功率；馬達驅動裝置，係與姿態控制裝置結合，以驅動姿態控制裝置中之馬達，藉由姿態控制裝置而改變太陽能電池裝置之姿態；以及微處理器裝置，係與短路電流量測裝置、最大功率追蹤控制裝置及馬達驅動裝置耦合。其中，當太陽能電池裝置運作時，微處理器裝置驅動馬達驅動裝置，以驅動姿態控制裝置中之馬達，藉由姿態控制裝置改變太陽能電池裝置之姿態，且於太陽能電池裝置之姿態改變時，持續地配合最大功率追蹤控制裝置之功率元件的切換，藉由短路電流量測裝置量測並記錄太陽能電池裝置的短路電流；微處理器裝置運算出被記錄之各短路電流中的最大值，再驅動馬達驅動裝置，以驅動姿態控制裝置中之馬達，藉由姿態控制裝置將太陽能電池裝置之姿態調整至對應於短路電流最大值的姿態。
本發明之太陽追蹤系統裝置，係包括：太陽能電池裝置，係具有複數個太陽能電池單元；姿態控制裝置，與太陽能電池裝置結合，以控制太陽能電池裝置之姿態；短路電流量測裝置，係與太陽能電池裝置耦合，以量測太陽能電池裝置的短路電流；馬達驅動裝置，係與姿態控制裝置結合，以驅動姿態控制裝置中之馬達，藉由姿態控制裝置而改變太陽能電池裝置之姿態；以及微處理器裝置，與短路電流量測裝置及馬達驅動裝置耦合。其中，當太陽能電池裝置運作時，微處理器裝置驅動馬達驅動裝置，以驅動姿態控制裝置中之馬達，藉由姿態控制裝置改變太陽能電池裝置之姿態，且於太陽能電池裝置之姿態改變時，藉由短路電流量測裝置直接量測並記錄太陽能電池裝置的短路電流；微處理器裝置運算出被記錄之各短路電流中的最大值，再驅動馬達驅動裝置，以驅動姿態控制裝置中之馬達，藉由姿態控制裝置將太陽能電池裝置之姿態調整至對應於短路電流最大值的姿態。
本發明之太陽追蹤系統裝置，包括：太陽能電池裝置，具有複數個太陽能電池單元；姿態控制裝置，與太陽能電池裝置結合，以控制太陽能電池裝置之姿態；最大功率追蹤控制裝置，與太陽能電池裝置耦合，以追蹤太陽能電池裝置的最大功率，最大功率追蹤控制裝置並至少具有功率元件及電流、電壓或功率量測裝置；馬達驅動裝置，與姿態控制裝置結合，以驅動姿態控制裝置中之馬達，藉由姿態控制裝置而改變太陽能電池裝置之姿態；以及微處理器裝置，係與最大功率追蹤控制裝置及馬達驅動裝置耦合。其中，當太陽能電池裝置運作時，微處理器裝置驅動馬達驅動裝置，以驅動姿態控制裝置中之馬達，藉由姿態控制裝置改變太陽能電池裝置之姿態；藉由最大功率追蹤控制裝置中之電流、電壓或功率量測裝置量測並記錄太陽能電池裝置輸出的功率；微處理器裝置運算或比較出被記錄之各功率中的最大值，再驅動馬達驅動裝置，以驅動姿態控制裝置中之馬達，藉由姿態控制裝置將太陽能電池裝置之姿態調整至對應於功率最大值的姿態。
因此，由於一旦照射至太陽能電池裝置之光線的照度發生變化時，太陽能電池裝置之短路電流的數值便會對應地改變(即其短路電流的數值會對應於太陽能電池裝置所接收之光線照度的數值)，或最大功率追蹤控制裝置中之電流、電壓或功率量測裝置量測的功率便會對應地改變(即其短路電流的數值會對應於太陽能電池裝置所接收之光線照度的數值)，所以本發明之太陽追蹤方法可藉由監控應用本發明之太陽追蹤方法之太陽追蹤系統裝置之太陽能電池裝置之短路電流數值變化的方式或最大功率追蹤控制裝置中之功率數值變化的方式，使得其微處理器裝置對應地驅動其馬達驅動裝置，以驅動姿態控制裝置中之馬達，藉由其姿態控制裝置改變其太陽能電池裝置之姿態，直到對應於短路電流最大值或功率最大值的姿態。
而且，一般而言，此對應於短路電流最大值或功率最大值的姿態即為前述之太陽追蹤系統裝置之太陽能電池裝置可接受到最大照度之太陽光源的姿態。所以，本發明之太陽追蹤方法可使應用本發明之太陽追蹤方法之太陽追蹤系統裝置隨時地追蹤太陽的位置，並讓其太陽能電池裝置能持續地處於可接受到最大照度之太陽光源的姿態。也就是說，應用本發明之太陽追蹤方法的太陽追蹤系統裝置無需額外安裝光感測器，亦無需計算太陽軌跡之公式，更無需定時校正其機械結構，便可持續地追蹤到太陽的位置。
另一方面，如前所述，本發明之太陽追蹤系統裝置確可使其太陽能電池裝置能持續地處於可接受到最大照度之太陽光源的姿態。所以，本發明之太陽追蹤系統裝置無需被精密地初始安裝，且無需額外安裝光感測器，亦無需計算太陽軌跡之公式，更無需定時校正其機械結構，便可持續地追蹤到太陽的位置。
惟一般而言，當太陽追蹤系統裝置運作時，若直接量測其太陽能電池裝置之輸出電流，則因此輸出電流會隨著負載的大小而有所變化，故對於此輸出電流之數值的記錄並無法作為判斷太陽能電池裝置(即其所具之複數個太陽能電池單元，如聚光型太陽能電池單元或高聚光型太陽能電池單元)是否已正對著太陽(即是否追蹤到太陽的位置)。又若直接將前述之太陽能電池裝置之電路形成短路，藉以量測其短路電流的數值，此一短路舉動則可能會影響到由負載所輸出之輸出電流的數值，進而可能影響到太陽能電池裝置的發電效率。
因此，本發明之技術特徵主要係在於藉助太陽能電池裝置運作時所需執行之最大功率追蹤程序，且執行此最大功率追蹤程序時需使用至少一電晶體進行電壓升降的道理，利用與太陽能電池裝置及最大功率追蹤控制裝置耦合之短路電流量測裝置，以在最大功率追蹤控制裝置之功率元件切換時，適時地量測太陽能電池裝置之短路電流。如此，不但可達到追蹤太陽位置之目的，且不會影響到由負載所輸出之輸出電流的數值及太陽能電池裝置的發電效率。一般而言，前述之功率元件可為金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、功率電晶體及絕緣柵雙極電晶體(IGBT)等。
本發明之技術之另一特徵主要係在於藉助太陽能電池裝置運作時，藉由短路電流量測裝置中之功率元件切換時，適時地量測太陽能電池裝置之短路電流。該功率元件在常態時係為開路狀態，當要量測短路電流時該功率元件才進行切換，其切換頻率係相當快，例如可為每秒一千次以上，在功率元件形成閉路之短暫時間，量測太陽能電池裝置之短路電流。如此，不但可達到追蹤太陽位置之目的，且幾乎不會影響到由負載所輸出之輸出電流的數值及太陽能電池裝置的發電效率。一般而言，前述之功率元件可為金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、功率電晶體及絕緣柵雙極電晶體(IGBT)等。
本發明之技術另一特徵主要係在於藉助太陽能電池裝置運作時所需執行之最大功率追蹤程序，且執行此最大功率追蹤程序時需量測太陽能電池裝置之功率。如此，不但可達到追蹤太陽位置之目的，且不會影響到由負載所輸出之輸出電流的數值及太陽能電池裝置的發電效率。
在一般應用於太陽能電池系統之最大功率點追蹤(MPPT)技術中，其需藉由電流及電壓量測裝置以量測電流及電壓，進而進算出其功率。惟其所量測到的電流是流經一電感的短路電流。雖然此流經電感的短路電流與太陽日照強度和追日角度偏差有一定的比例關係，但是，此短路電流之數值卻也會受到負載和直流-直流轉換器(DC-DC converter)所具之電晶體切換PWM的duty cycle的影響而有所變動。因此，一般最大功率追蹤技術中所量測到之經過電感的短路電流，並無法被用於追蹤太陽角度(即追蹤太陽的位置)。
然而，在本發明之太陽追蹤方法及太陽追蹤系統裝置中，其追蹤太陽之位置所依據之短路電流(藉由短路電流量測裝置)係藉由讓太陽能電池裝置之兩端直接短路，所量測到的短路電流。所以，此短路電流並未流經任何電感。因此，在本發明之太陽追蹤方法及太陽追蹤系統裝置中，此短路電流只會與太陽能電池裝置所接受到的太陽光照度和追日角度偏差存有一定的比例關係，故可被用於追蹤太陽角度(即追蹤太陽的位置)。另本發明之太陽追蹤方法及太陽追蹤系統裝置中，其追蹤太陽之位置所依據之功率係最大功率追蹤控制裝置中之電流、電壓或功率量測裝置量測的功率。該功率與太陽光照度和追日角度偏差存有一定的比例關係，故亦可被用於追蹤太陽角度(即追蹤太陽的位置)。
請參閱第2圖，其係顯示在一固定的溫度環境下，太陽能電池裝置之輸出電流與電壓之間關係的示意圖。其中，第2圖中之不同曲線係分別代表在不同日照強度狀況下，太陽能電池裝置之輸出電流與電壓之間關係，其日照強度的大小分別是A>B>C>D。此外，各曲線之電壓為0處的電流數值，即為各曲線(對應於不同的日照強度)之短路電流的數值。
所以，從第2圖可輕易看出，一旦日照照度(例如來自太陽之光線)有所改變(如降低)，太陽能電池裝置之短路電流便會對應地改變。例如，從曲線A上電壓為零的點移動至曲線C上電壓為零的點。意即，太陽能電池裝置之短路電流的數值係與日照照度的大小呈正比關係。也就是說，一旦量測出短路電流之數值呈現一最大值時，此時太陽能電池裝置之姿態便為可接受到最大日照強度之姿態。一般而言，此姿態即為正對太陽之位置的姿態。因此，本發明之太陽追蹤方法及本發明之太陽追蹤系統裝置確實可藉由記錄太陽能電池裝置之各短路電流之數值並找出短路電流最大值的方式，持續地追蹤到太陽的位置。
請參閱第3A圖至第3C圖以及第4A圖至第4C圖，其中，第3A圖至第3C圖係本發明不同實施例中，太陽追蹤方法的流程示意圖，第4A圖至第4C圖則分別為對應應用第3A圖至第3C圖之太陽追蹤方法之太陽追蹤系統裝置的方塊示意圖。
於第3A圖所繪示之實施例之太陽追蹤方法係包括下列步驟：
(A)　驅動此馬達驅動裝置，以驅動姿態控制裝置中之馬達，藉由姿態控制裝置改變太陽能電池裝置之姿態，且於太陽能電池裝置之姿態改變時，持續地配合此最大功率追蹤控制裝置之功率元件的切換，藉由短路電流量測裝置量測並記錄此太陽能電池裝置的短路電流；
(B)　藉由微處理器裝置運算出被記錄之各短路電流中的最大值；以及
(C)　驅動此馬達驅動裝置，以藉由姿態控制裝置將此太陽能電池裝置之姿態調整至對應於此短路電流最大值的姿態。
此外，如第4A圖所示，應用第3A圖所示之太陽追蹤方法之太陽追蹤系統裝置則包含太陽能電池裝置41、姿態控制裝置42、短路電流量測裝置43、最大功率追蹤控制裝置44、馬達驅動裝置45及微處理器裝置46。而且，最大功率追蹤控制裝置44並至少具有功率元件441。
另一方面，如第5圖所示，其係顯示應用本發明之太陽追蹤方法之太陽追蹤系統裝置之太陽能電池裝置、短路電流量測裝置及最大功率追蹤控制裝置之耦合關係與組成的示意圖。其中，短路電流量測裝置43至少具有第一切換功率元件431及電流感測電路單元432。最大功率追蹤控制裝置44則包括昇降壓調整電路單元441，且昇降壓調整電路單元441至少具有電感442、電容443、二極體444及第二切換功率元件445。
在本實施例中，短路電流量測裝置43係與太陽能電池裝置41耦合，最大功率追蹤控制裝置44係另與太陽能電池裝置41耦合。除此之外，最大功率追蹤控制裝置44另與電力調節器(inverter)47及負載48耦合，以輸出一個輸出電流至負載48。而當本發明之太陽追蹤方法運作時，短路電流量測裝置43之第一切換功率元件431與最大功率追蹤控制裝置44之第二切換功率元件445係交替地呈現導通狀態，以交替地量測太陽能電池裝置41之短路電流及追蹤太陽能電池裝置41之最大功率。也就是說，當本發明之太陽追蹤方法運作時，係配合太陽能電池裝置41原本需執行之最大功率追蹤控制之升降壓程序，於最大功率追蹤控制程序執行升降壓的空檔(即第二切換功率元件445呈開路之非導通狀態時)，進行太陽能電池裝置41之短路電流的量測(即第一切換功率元件431呈導通之閉路狀態時)。
另一方面，當本發明之太陽追蹤方法運作時，短路電流量測裝置43之電流感測電路單元432係藉由電阻法、霍爾元件法或CT法量測出太陽能電池裝置41之短路電流。其中，電阻法係為一般常用的方式，其原理為將待測之電流串聯一極小的電阻，並量測電阻兩端的電位差。接著，由電路學基本公式V=IR可知電阻固定時電壓與電流成正比，並藉由此關係式可求得電流值。其優點為使用簡單、適用於交、直流電流，缺點為不易與電流絕緣、輸出電壓小、***損失大。
此外，CT法之原理為將待測的導線通過一磁路，I 0 使磁路產生磁場B，而磁場B又使磁路上的線圈產生感應電流，再以前述之電阻法量測此感應電流。不同的是以電阻法量測此感應電流不會因為串聯電阻而影響到I 0 ，其優點為利用範圍大、能絕緣、輸出電壓較大。至於霍爾元件法，其感測方式類似CT法，也是由待測的電流使磁路產生磁場，但不同的是，其磁路具有一間隙，且在間隙中放入霍爾元件並以產生的磁場使霍爾元件產生霍爾電壓，進而獲得待測電流值。
於第3B圖所繪示之實施例之太陽追蹤方法包括下列步驟：(A)驅動馬達驅動裝置，以驅動姿態控制裝置中之馬達，藉由姿態控制裝置改變太陽能電池裝置之姿態，且於太陽能電池裝置之姿態改變時，藉由短路電流量測裝置直接量測並記錄太陽能電池裝置的短路電流；(B)藉由微處理器裝置運算出被記錄之各短路電流中的最大值；以及(C)驅動馬達驅動裝置，以藉由姿態控制裝置將太陽能電池裝置之姿態調整至對應於短路電流最大值的姿態。
繪示於第4B圖中之太陽追蹤系統裝置對應於第3B圖之太陽追蹤方法。第4B圖中之太陽追蹤系統裝置係可不考慮最大功率追蹤控制裝置44，而包含太陽能電池裝置41、姿態控制裝置42、短路電流量測裝置43、馬達驅動裝置45及微處理器裝置46。短路電流量測裝置不需如第4A圖之實施例中與最大功率追蹤控制裝置44耦合。其中，短路電流量測裝置43係至少具有如第5圖所示之第一切換功率元件431及電流感測電路單元432。在本實施例中，短路電流量測裝置43係與太陽能電池裝置41耦合，功率元件在常態時係為開路狀態，當本發明之太陽追蹤方法運作時功率元件才進行切換，其切換頻率相當快，例如可為每秒一千次以上，在功率元件形成閉路之短暫時間，量測太陽能電池裝置之短路電流。
於第3C圖所繪示之實施例之太陽追蹤方法包括下列步驟：(A)驅動馬達驅動裝置，以驅動姿態控制裝置中之馬達，藉由姿態控制裝置改變太陽能電池裝置之姿態，且於太陽能電池裝置之姿態改變時，藉由最大功率追蹤控制裝置中之電流、電壓或功率量測裝置量測並記錄太陽能電池裝置輸出的功率；(B)藉由微處理器裝置運算或比較出被記錄之各功率中的一最大值；以及(C)驅動馬達驅動裝置，以藉由姿態控制裝置將太陽能電池裝置之姿態調整至對應於功率最大值的姿態。
繪示於第4C圖中之太陽追蹤系統裝置對應於第3C圖之太陽追蹤方法。第4C圖中之太陽追蹤系統裝置係可不需短路電流量測裝置之設置。其包含太陽能電池裝置41、姿態控制裝置42、最大功率追蹤控制裝置44、馬達驅動裝置45及微處理器裝置46。最大功率追蹤控制裝置44可為升壓電路或升降壓電路。其中，最大功率追蹤控制裝置44包含電流、電壓或功率量測裝置以量測或計算出功率。
而在上述本發明之太陽追蹤方法之步驟(A)中，係依據一搜尋規則改變太陽能電池裝置41之姿態，且太陽能電池裝置41之姿態包含一方位角及一仰角。在某些情況下，此搜尋規則可為人工智慧演算法，例如但不限定為模糊演算法、螞蟻演算法、田口演算法或遺傳基因演算法等習知之人工智慧演算法，在此不再加以贅述。但是，如第6圖所示，在一般的情況下，本發明之太陽追蹤方法之步驟(A)所依據之搜尋規則可包含下列步驟：
(A1)　調整此太陽能電池裝置之仰角至一固定角度；
(A2)　調整此太陽能電池裝置之方位角，使得此太陽能電池裝置之方位角從一固定角度逐漸增加至另一固定角度；
(A3)　調整此太陽能電池裝置之方位角至一對應於此短路電流最大值或功率最大值的方位角；
(A4)　調整此太陽能電池裝置之仰角，使得此太陽能電池裝置之仰角從一負角度逐漸增加至一正角度；以及
(A5)　調整此太陽能電池裝置之仰角至一對應於此短路電流最大值或功率最大值的仰角。
其中，前述之太陽能電池裝置之仰角的可調整範圍係由姿態控制裝置所具之至少一極限開關的設置位置而被決定。此外，太陽能電池裝置之方位角的可調整範圍則由姿態控制裝置所具之至少一極限開關的設置位置而被決定。
舉例來說，當清晨剛啟動應用本發明之太陽追蹤方法之太陽追蹤系統裝置時，由於尚未得到關於太陽之初始位置的資訊，故需先執行大範圍之搜尋，直到本發明之太陽追蹤方法追蹤到太陽的目前位置為止(即使得太陽追蹤系統裝置之太陽能電池裝置正對太陽)。
此時，依據前述之搜尋規則的步驟(A1)，太陽能電池裝置之仰角係被調整至一固定角度(如45度角)，而45度角係由一極限開關(如仰角極限開關)決定。接著，太陽能電池裝置之方位角係朝向順時針方向移動，以從一固定角度(如0度角)逐漸增加至另一固定角度(如360度角)，即步驟(A2)。同樣地，前述之如0度角與360度角亦由另一極限開關(如方位角極限開關)決定。然而，需注意的是，在其他應用環境下，太陽能電池裝置之方位角亦可朝向逆時針方向移動，以從一固定角度(如360度角)逐漸減少至另一固定角度(如0度角)。
隨後，依據在前述之方位角改變過程中所記錄到之各短路電流或功率的數值，將太陽能電池裝置之方位角調整至一對應於一短路電流最大值或功率最大值的方位角，此時，太陽能電池裝置之姿態的方位角便被暫時被固定，即步驟(A3)。
之後，再調整太陽能電池裝置之仰角，使得太陽能電池裝置之仰角從一負角度(如負80度角)逐漸增加至一正角度(如正80度角)，即步驟(A4)，而正80度角與負80度角亦由一極限開關(如仰角極限開關)決定。但需注意的是，在其他應用環境下，太陽能電池裝置之仰角亦可以另一種方式改變，如從一正角度(如正80度角)逐漸減少至一負角度(如負80度角)。除此之外，前述之「正角度」及「負角度」並非僅能為前述之「正80度角」及「負80度角」，它們亦可為任何適當之角度值，如「正85度角」或「負20度角」等。
最後，依據在前述之仰改變過程中所記錄到之各短路電流或功率的數值，將太陽能電池裝置之仰角調整至一對應於一短路電流最大值或功率最大值的仰角，此時，太陽能電池裝置之姿態的仰角便被暫時被固定，即步驟(A5)。
此時，太陽能電池裝置之姿態(方位角及仰角)便大致確定，即太陽能電池裝置已處於一大致正對於太陽之姿態。
需注意的是，在本具體實施例中，前述之方位角(如0度角與360度角)及仰角的度數(如45度角、正80度角與負80度角)均係相對於一基準姿態而言。而且，在此基準姿態中，前述之方位角及仰角均被設定為零度角。除此之外，此基準姿態係可由一使用者依其意願配合硬體，如極限開關之數量及設置位置而自由地被設定。
然而，如第7圖所示，為了更精確地追蹤太陽的位置(使得太陽能電池裝置精確地對正於太陽)，本發明之太陽追蹤方法並執行另一小範圍之搜尋，其包括下列步驟：
(A6)　使太陽能電池裝置之方位角朝向順時針方向移動，且於太陽能電池裝置之方位角變化時，偵測短路電流或功率之數值是否降低；
(A7)　使太陽能電池裝置之方位角朝向逆時針方向移動，且於太陽能電池裝置之方位角變化時，偵測短路電流或功率之數值是否降低；
(A8)　將太陽能電池裝置之方位角調整至另一對應於此短路電流最大值或功率最大值的方位角；
(A9)　使太陽能電池裝置之仰角朝向負角度的方向移動，且於太陽能電池裝置之仰角變化時，偵測短路電流或功率之數值是否降低；
(A10)　使太陽能電池裝置之仰角朝向正角度的方向移動，且於太陽能電池裝置之仰角變化時，偵測短路電流或功率之數值是否降低；以及
(A11)　將太陽能電池裝置之仰角調整至另一對應於此短路電流最大值或功率最大值的仰角。
如前所述，由於在執行完大範圍之搜尋後，太陽能電池裝置已處於一大致正對於太陽之姿態，所以不論太陽能電池裝置之方位角(仰角)怎樣變化，太陽能電池裝置之短路電流或功率數值應該都會降低(因離開太陽能電池裝置可接受最大日照強度的姿態)。然而，由於執行大範圍搜尋需要搜尋整個空間(具有360度的方位角及160度的仰角)，故短路電流量測裝置或功率量測裝置於大範圍搜尋時的解析度一般都被設定至一較低的水準，以免耗費過多的時間於大範圍搜尋上。
而也由於短路電流量測裝置或功率量測裝置的解析度被設定至一較低的水準，故本發明之太陽追蹤方法可能誤判太陽能電池裝置之某一姿態為一可接受最大日照強度的姿態。因此，為了平衡太陽追蹤的精確度與需耗費的時間，本發明之太陽追蹤方法便更包括了一小範圍之搜尋，即第7圖所示之步驟(A6)~步驟(A11)。此時，由於所需搜尋的範圍較小，頂多正負5度角，故即使將短路電流量測裝置或功率量測裝置的解析度設定至一最高的水準，所需耗費的時間也仍在一可接受的範圍之內。所以，經過執行完小範圍搜尋之後，太陽能電池裝置便處於一精確對正於太陽的位置，即本發明之太陽追蹤方法可更精確地追蹤到太陽的位置。
之後，隨著時間經過，太陽的位置會逐漸改變(於天空中移動)，故每隔一特定時間間隔(如1分鐘至10分鐘)後，及/或每當所量測之最大短路電流或功率最大值降低至一比例時(如降低至95%)便需要重新追蹤太陽的位置。為此，本發明之太陽追蹤方法可更包括一步驟(D)，即於一特定時間間隔後，依據一搜尋規則改變太陽能電池裝置之姿態。而且，於太陽能電池裝置之姿態改變時，持續地藉由短路電流量測裝置量測並記錄此太陽能電池裝置之短路電流，以再次將太陽能電池裝置之姿態調整至另一對應於此短路電流最大值的姿態。或持續地藉由功率量測裝置量測並記錄此最大功率追蹤裝置之功率，以再次將太陽能電池裝置之姿態調整至另一對應於此功率最大值的姿態。
而在本實施例中，前述之特定時間間隔可為3至10分鐘。但如果需要更即時地追蹤到太陽的位置，此特定時間間隔可縮短為1分鐘或1分鐘以內。此外，在執行小範圍之搜尋的過程中，本發明之太陽追蹤方法所依據的搜尋規則可為擾動觀察法或人工智慧演算法，端看實際需求而定。
如第8圖所示，其係本發明之太陽追蹤系統裝置的外觀示意圖，其中，本發明之太陽追蹤系統裝置，係包括：一太陽能電池裝置81、一姿態控制裝置82、一短路電流量測裝置83、一最大功率追蹤控制裝置84、一馬達驅動裝置85以及一微處理器裝置86。此外，太陽能電池裝置81具有複數個太陽能電池單元811，姿態控制裝置82則與太陽能電池裝置81結合，以控制太陽能電池裝置81之姿態。另一方面，短路電流量測裝置83係與太陽能電池裝置81耦合，以量測太陽能電池裝置81的一短路電流，最大功率追蹤控制裝置84則與太陽能電池裝置81耦合，以追蹤太陽能電池裝置81的一最大功率。除此之外，馬達驅動裝置85係與姿態控制裝置82結合，以驅動姿態控制裝置82而改變太陽能電池裝置81之姿態，微處理器裝置86則與短路電流量測裝置83、最大功率追蹤控制裝置84及馬達驅動裝置85耦合。
而當本發明之太陽能電池裝置運作時，前述之微處理器裝置86便驅動馬達驅動裝置85，以驅動姿態控制裝置82中之馬達，藉由此姿態控制裝置82改變太陽能電池裝置81之姿態。而且，於太陽能電池裝置81之姿態改變時，持續地配合最大功率追蹤控制裝置84之功率元件841的切換，藉由短路電流量測裝置83量測並記錄太陽能電池裝置81的一短路電流。隨後，微處理器裝置86運算出被記錄之各短路電流中的一最大值，再驅動馬達驅動裝置85，以藉由姿態控制裝置82將太陽能電池裝置81之姿態調整至一對應於此短路電流最大值的姿態。
在本發明之另一實施例中，短路電流量測裝置83不與太陽能電池裝置81耦合，當本發明之太陽追蹤方法運作時功率元件才進行切換，其切換頻率係相當快，例如可為每秒一千次以上，在功率元件形成閉路之短暫時間，量測太陽能電池裝置之短路電流，藉由姿態控制裝置82將太陽能電池裝置81之姿態調整至對應於此短路電流最大值的姿態。
在本發明之又一實施例中，太陽追蹤系統裝置可不需一短路電流量測裝置，而包含一太陽能電池裝置81、一姿態控制裝置82、最大功率追蹤控制裝置84、一馬達驅動裝置85及一微處理器裝置86。最大功率裝置84可為升壓電路或升降壓電路，並不限定於第8圖所示之電路。最大功率追蹤控制裝置84包含電流、電壓或功率量測裝置以量測或計算出功率，藉由姿態控制裝置82將太陽能電池裝置81之姿態調整至對應於功率最大值的姿態。
而在某些應用環境下，本發明之太陽追蹤系統裝置可更包括一與微處理器裝置86耦合之記憶體(如DRAM，圖中未示)，以將太陽能電池裝置81於不同姿態時之各短路電流數值儲存於其中。如此，本發明之太陽追蹤系統裝置除了可進行太陽追蹤程序以外，更可將一定時間區間(如1天或一週)內所有的各短路電流或功率數值記錄取出，以供後續之分析使用。
在本實施例中，本發明之太陽追蹤系統裝置之太陽能電池裝置所具有的複數個太陽能電池單元811可為一般之太陽能電池單元(PV)或聚光型太陽能電池單元(CPV)或高聚光型太陽能電池單元(HCPV)，且姿態控制裝置82則具有方位角控制單元821及一仰角控制單元822，此方位角控制單元821及仰角控制單元822主要包含馬達(可為直流馬達、交流同步馬達、或步進馬達)及其減速機構，以控制太陽能電池裝置81之姿態(包含方位角及仰角)。另一方面，為了控制方位角控制單元821的移動行程，姿態控制裝置82更包括方位角極限開關。此外，為了控制仰角控制單元822的移動行程，姿態控制裝置82更包括仰角極限開關。
此外，如第9圖所示，在本發明之太陽追蹤系統裝置中，短路電流量測裝置83係至少具有第一切換功率元件831及電流感測電路單元832，最大功率追蹤控制裝置84則包括一昇降壓調整電路單元841，且昇降壓調整電路單元841至少具有電感842、電容843、二極體844及第二切換功率元件845。
而且，太陽能電池裝置81、短路電流量測裝置83及最大功率追蹤控制裝置84係以第9圖所示之耦合方式彼此耦 合。意即，短路電流量測裝置83係與太陽能電池裝置81耦合，最大功率追蹤控制裝置84係另與太陽能電池裝置81耦合。然而，在某些應用環境下，短路電流量測裝置83及最大功率追蹤控制裝置84亦可先整合為一感測電路模組(圖中未示)，再耦合至太陽能電池裝置81。除此之外，最大功率追蹤控制裝置84另與一電力調節器(inverter)87及一負載88耦合，以輸出一輸出電流至負載88。
而當本發明之太陽追蹤系統裝置執行太陽追蹤時，短路電流量測裝置83之第一切換功率元件831與最大功率追蹤控制裝置84之第二切換功率元件845係交替地呈現一導通狀態，以交替地量測太陽能電池裝置81之短路電流及追蹤太陽能電池裝置81之一最大功率。也就是說，當本發明之太陽追蹤系統裝置執行太陽追蹤時，其係配合太陽能電池裝置81原本需執行之最大功率追蹤控制程序之升降壓程序，於最大功率追蹤控制程序執行升降壓的空檔(即第二切換功率元件845呈開路之非導通狀態時)，進行太陽能電池裝置81之短路電流的量測(即第一切換功率元件831呈導通之閉路狀態時)。而且，在本實施例中，第一切換功率元件831及第二切換功率元件845可為金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、功率電晶體或絕緣柵雙極電晶體(IGBT)。
在本發明另一實施例中，第9圖之短路電流量測裝置83之第一切換功率元件831不與最大功率追蹤控制裝置84之第二切換功率元件845耦合。當要量測短路電流時，短路電流量測裝置83之第一切換功率元件831在形成閉路之短暫時間，量測太陽能電池裝置之短路電流，藉由姿態控制裝置82將太陽能電池裝置81之姿態調整至對應於短路電流最大值的姿態。
在本發明又一實施例中，第9圖之短路電流量測裝置83可不設置於其中。最大功率追蹤控制裝置84不限定於第9圖之電路，而可為一升壓電路或升降壓電路。最大功率追蹤控制裝置84包含電流、電壓或功率量測裝置以量測或計算出功率，藉由姿態控制裝置82將太陽能電池裝置81之姿態調整至對應於功率最大值的姿態。
另一方面，當本發明之太陽追蹤系統裝置執行太陽追蹤時，短路電流量測裝置83之電流感測電路單元832係藉由一電阻法、一霍爾元件法或一CT法量測出太陽能電池裝置81之短路電流。其中，電阻法係為一般常用的方式，其原理為將待測之電流串聯一極小的電阻，並量測電阻兩端的電位差。接著，由電路學基本公式V=IR可知電阻固定時電壓與電流成正比，並藉由此關係式可求得電流值。其優點為使用簡單、適用於交、直流電流，缺點為不易與電流絕緣、輸出電壓小、***損失大。
此外，CT法之原理為將待測的導線通過一磁路，I 0 使磁路產生一磁場B，而磁場B又使磁路上的線圈產生感應電流，再以前述之電阻法量測此感應電流。不同的是以電阻法量測此感應電流不會因為串聯電阻而影響到I 0 ，其優點為利用範圍大、能絕緣、輸出電壓較大。至於霍爾元件法，其感測方式類似CT法，也是由待測的電流使磁路產生磁場，但不同的是，其磁路具有一間隙，且在間隙中放入霍爾元件並以產生的磁場使霍爾元件產生霍爾電壓，進而獲得待測電流值。
除此之外，當本發明之太陽追蹤系統裝置執行太陽追蹤時，其係依據一搜尋規則改變太陽能電池裝置81之姿態，且太陽能電池裝置81之姿態包含一方位角及一仰角。且在某些情況下，此搜尋規則可為人工智慧演算法，例如但不限定為模糊演算法、螞蟻演算法、田口演算法或遺傳基因演算法。至於各人工智慧演算法的詳細步驟，由於已廣為業界所熟悉，在此便不再贅述。
又由於習知安裝光感測器裝置需花費相當長之時間作初始校正，當控制器使用短路電流法或功率法追蹤到最大功率輸出角度時，便可順勢將此時仰角及方位角光感測器的差動數值紀錄下來，用以作為光感測器初始參數之校正或使用一段時間後，光感測器參數之再校正。另本發明之太陽追蹤系統方法亦可與習知之光感測器追日法作配合，先以習知之光感測器追日法進行追日機構之粗定位，再以本發明之太陽追蹤系統方法進行追日機構之精密定位。
當太陽能板受到受到烏雲遮蔽時，太陽能電池的P-V輸出特性曲線將整體往下掉，亦即烏雲遮蔽對輸出電流或功率的影響非常大。因此本發明之太陽追蹤方法當量測到之電流或功率低於一固定值時，表示於太陽能板受到受到烏雲遮蔽或天氣差，此時暫停追日之運作，一旦量測到之電流或功率高於該固定值時，即恢復追日之運作。另本發明之太陽追蹤系統方法亦可與習知之太陽軌跡公式法作配合，惟所使用之太陽軌跡公式係簡單之太陽軌跡公式，雖然定位之精度不高，但不需使用高階之微處理器進行運算，在追日時先以習知之太陽軌跡公式法進行追日機構之粗定位，再以本發明之太陽追蹤系統方法進行追日機構之精密定位。或當量測到之電流或功率低於一固定值時，表示於太陽能板受到受到烏雲遮蔽或天氣差，此時暫停使用短路電流法或功率法追日之運作，而切換至太陽軌跡公式法進行追日，一但量測到之電流或功率高於該固定值時，即恢復短路電流法或功率法追日之運作。
綜上所述，由於一旦照射至太陽能電池裝置之光線的照度發生變化時，太陽能電池裝置之短路電流的數值或最大功率追蹤控制裝置量測之功率的數值便會對應地改變(即其短路電流或功率的數值會對應於太陽能電池裝置所接收之光線照度的數值)，所以本發明之太陽追蹤方法可藉由監控一應用本發明之太陽追蹤方法之太陽追蹤系統裝置之太陽能電池裝置之短路電流數值或最大功率追蹤控制裝置量測之功率的數值變化的方式，使得其微處理器裝置對應地驅動其馬達驅動裝置，以藉由其姿態控制裝置改變其太陽能電池裝置之姿態，直到對應於短路電流最大值或功率最大值的姿態。
而且，一般而言，此對應於短路電流最大值或功率最大值的姿態即為前述之太陽追蹤系統裝置之太陽能電池裝置可接受到最大照度之太陽光源的姿態。所以，本發明之太陽追蹤方法可使一應用本發明之太陽追蹤方法之太陽追蹤系統裝置隨時地追蹤太陽的位置，並讓其太陽能電池裝置能持續地處於可接受到最大照度之太陽光源的姿態。也就是說，應用本發明之太陽追蹤方法的太陽追蹤系統裝置無需額外安裝光感測器，亦無需計算太陽軌跡之公式，更無需定時校正其機械結構，便可持續地追蹤到太陽的位置。
另一方面，如前所述，本發明之太陽追蹤系統裝置確可使其太陽能電池裝置能持續地處於可接受到最大照度之太陽光源的姿態。所以，本發明之太陽追蹤系統裝置無需被精密地初始安裝，且無需額外安裝光感測器，亦無需計算太陽軌跡之公式，更無需定時校正其機械結構，便可持續地追蹤到太陽的位置。
上述具體實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述具體實施例。
11、41、81‧‧‧太陽能電池裝置
12、42、82‧‧‧姿態控制裝置
13‧‧‧光感測器裝置
14、46、86‧‧‧微處理器裝置
43、83‧‧‧短路電流量測裝置
44、84‧‧‧最大功率追蹤控制裝置
45、85‧‧‧馬達驅動裝置
47、87‧‧‧電力調節器
48、88‧‧‧負載
121、821‧‧‧方位角控制單元
122、822‧‧‧仰角控制單元
431、831‧‧‧第一切換功率元件
432、832‧‧‧電流感測電路單元
441、841‧‧‧昇降壓調整電路單元
442、842‧‧‧電感
443、843‧‧‧電容
444、844‧‧‧二極體
445、845‧‧‧第二切換功率元件
811‧‧‧太陽能電池單元
441、841‧‧‧功率元件
為讓本揭示內容之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：
第1圖係習知之太陽追蹤系統裝置的外觀示意圖；
第2圖係係顯示在一固定的溫度環境下，一太陽能電池裝置之輸出電流與電壓之間關係的示意圖；
第3A圖至第3C圖為本發明之不同實施例中，太陽追蹤方法的流程示意圖；
第4A圖至第4C圖分別為對應應用第3A圖至第3C圖之太陽追蹤方法之太陽追蹤系統裝置的方塊示意圖；第5圖係顯示一應用本發明之太陽追蹤方法之太陽追蹤系統裝置之太陽能電池裝置、短路電流量測裝置及最大功率追蹤控制裝置之耦合關係與組成的示意圖；第6圖係本發明之太陽追蹤方法之步驟A所依據之搜尋規則的流程示意圖；第7圖係執行完第6圖所示之搜尋規則後，接續執行之小範圍搜尋的流程示意圖；第8圖係本發明之太陽追蹤系統裝置的外觀示意圖；以及第9圖係顯示本發明之太陽追蹤系統裝置之太陽能電池裝置、短路電流量測裝置及最大功率追蹤控制裝置之耦合關係與組成的示意圖。

Claims (49)

  1. 一種太陽追蹤方法，係應用於一太陽追蹤系統裝置，且該太陽追蹤系統裝置包含一太陽能電池裝置、一姿態控制裝置、一短路電流量測裝置、一最大功率追蹤控制裝置、一馬達驅動裝置及一微處理器裝置，該最大功率追蹤控制裝置並至少具有一功率元件，該方法係包括下列步驟：(A)驅動該馬達驅動裝置，以驅動該姿態控制裝置中之馬達，藉由該姿態控制裝置改變該太陽能電池裝置之姿態，且於該太陽能電池裝置之姿態改變時，持續地配合該最大功率追蹤控制裝置之功率元件的切換，藉由該短路電流量測裝置量測並記錄該太陽能電池裝置的一短路電流，其中該短路電流量測裝置係至少具有一第一切換功率元件及一電流感測電路單元；(B)藉由該微處理器裝置運算出被記錄之各短路電流中的一最大值；以及(C)驅動該馬達驅動裝置，以藉由該姿態控制裝置將該太陽能電池裝置之姿態調整至一對應於該短路電流最大值的姿態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽追蹤方法，其中該最大功率追蹤控制裝置包括一昇降壓調整電路單元，且該昇降壓調整電路單元至少具有一電感、一電容、一二極體及一第二切換功率元件。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽追蹤方法，其中該第一切換功率元件及該第二切換功率元件係交替地呈現一導通狀態，以交替地量測該太陽能電池裝置之短路電流及追蹤該太陽能電池裝置之一最大功率。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽追蹤方法，其中於步驟(A)中，係依據一搜尋規則改變該太陽能電池裝置之姿態，且該太陽能電池裝置之姿態包含一方位角及一仰角。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之太陽追蹤方法，其中該搜尋規則係為人工智慧演算法。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之太陽追蹤方法，其中該人工智慧演算法可為模糊演算法、螞蟻演算法、田口演算法或遺傳基因演算法。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之太陽追蹤方法，其中該搜尋規則包含下列步驟：(A1)調整該太陽能電池裝置之仰角至一固定角度；(A2)調整該太陽能電池裝置之方位角，使得該太陽能電池裝置之方位角從一固定角度逐漸增加至另一固定角度；(A3)調整該太陽能電池裝置之方位角至一對應於該短路電流最大值的方位角；(A4)調整該太陽能電池裝置之仰角，使得該太陽能電池裝置之仰角從一負角度逐漸增加至一正角度；以及(A5)調整該太陽能電池裝置之仰角至一對應於該短路電流最大值的仰角。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之太陽追蹤方法，其中該太陽能電池裝置之仰角的可調整範圍係由該姿態控制裝置所具之至少一極限開關的設置位置而被決定。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之太陽追蹤方法，其中該太陽能電池裝置之方位角的可調整範圍係由該姿態控制裝置所具之至少一極限開關的設置位置而被決定。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之太陽追蹤方法，其中該太陽能電池裝置之短路電流可藉由一電阻法而被量測出。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之太陽追蹤方法，其中該太陽能電池裝置之短路電流可藉由一霍爾元件法而被量測出。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之太陽追蹤方法，其中該太陽能電池裝置之短路電流可藉由一CT法而被量測出。
  13. 如申請專利範圍第7項所述之太陽追蹤方法，更包括一步驟(A6)，使該太陽能電池裝置之方位角朝向順時針方向移動，且於該太陽能電池裝置之方位角變化時，偵測該短路電流之數值是否降低。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之太陽追蹤方法，更包括一步驟(A7)，使該太陽能電池裝置之方位角朝向逆時針方向移動，且於該太陽能電池裝置之方位角變化時，偵測該短路電流之數值是否降低。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之太陽追蹤方法，更包括一步驟(A8)，將該太陽能電池裝置之方位角調整至另一對應於該短路電流最大值的方位角。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之太陽追蹤方法，更包括一步驟(A9)，使該太陽能電池裝置之仰角朝向負角度的方向移動，且於該太陽能電池裝置之仰角變化時，偵測該短路電流之數值是否降低。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之太陽追蹤方法，更包括一步驟(A10)，使該太陽能電池裝置之仰角朝向正角度的方向移動，且於該太陽能電池裝置之仰角變化時，偵測該短路電流之數值是否降低。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之太陽追蹤方法，更包括一步驟(A11)，將該太陽能電池裝置之仰角調整至另一對應於該短路電流最大值的仰角。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之太陽追蹤方法，更包括一步驟(D)，於一特定時間間隔及/或所量測之最大短路電流降低至一比例後，依據一搜尋規則改變該太陽能電池裝置之姿態，且於該太陽能電池裝置之姿態改變時，持續地藉由該短路電流量測裝置量測並記錄該太陽能電池裝置之短路電流，以再次將該太陽能電池裝置之姿態調整至另一對應於該短路電流最大值的姿態。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之太陽追蹤方法，其中該搜尋規則係為擾動觀察法。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之太陽追蹤方法，其中該搜尋規則係為人工智慧演算法。
  22. 如申請專利範圍第19項所述之太陽追蹤方法，其中該特定時間間隔係為3至10分鐘。
  23. 如申請專利範圍第1項所述之太陽追蹤方法，其中於執行步驟(A)、步驟(B)及步驟(C)前，更包含執行一光感測器追日法，俾改變該太陽能電池裝置之姿態以進行一粗定位，再藉由步驟(A)、步驟(B)及步驟(C)進行一精密定位。
  24. 如申請專利範圍第1項所述之太陽追蹤方法，其中於執行步驟(A)、步驟(B)及步驟(C)前，更包含執行一太陽軌跡公式追日法，俾改變該太陽能電池裝置之姿態以進行一粗定位，再藉由步驟(A)、步驟(B)及步驟(C)進行一精密定位。
  25. 如申請專利範圍第1項所述之太陽追蹤方法，於步驟(A)後更包含判斷量測到之短路電流是否低於一固定值，其中當量測到之短路電流低於該固定值時，更包含：暫停驅動該馬達驅動裝置且繼續量測該太陽能電池裝置之短路電流；以及當量測到之短路電流高於該固定值，恢復驅動該馬達驅動裝置以執行步驟(B)及步驟(C)。
  26. 如申請專利範圍第1項所述之太陽追蹤方法，於步驟(A)後更包含判斷量測到之短路電流是否低於一固定值，其中當量測到之短路電流低於該固定值時，更包含： 以一太陽軌跡公式追日法驅動該馬達驅動裝置且繼續量測該太陽能電池裝置之短路電流；以及當量測到之短路電流高於該固定值，執行步驟(B)及步驟(C)。
  27. 一種太陽追蹤系統裝置，係包括：一太陽能電池裝置，係具有複數個太陽能電池單元；一姿態控制裝置，係與該太陽能電池裝置結合，以控制該太陽能電池裝置之姿態；一短路電流量測裝置，係與該太陽能電池裝置耦合，以量測該太陽能電池裝置的一短路電流，其中該短路電流量測裝置係至少具有一第一切換功率元件及一電流感測電路單元；一最大功率追蹤控制裝置，係與該太陽能電池裝置耦合，以追蹤該太陽能電池裝置的一最大功率；一馬達驅動裝置，係與該姿態控制裝置結合，以驅動該姿態控制裝置中之馬達，藉由該姿態控制裝置而改變該太陽能電池裝置之姿態；以及一微處理器裝置，係與該短路電流量測裝置、該最大功率追蹤控制裝置及該馬達驅動裝置耦合；其中，當該太陽能電池裝置運作時，該微處理器裝置驅動該馬達驅動裝置，以驅動該姿態控制裝置中之馬達，藉由該姿態控制裝置改變該太陽能電池裝置之姿態，且於該太陽能電池裝置之姿態改變時，持續地配合該最大功率追蹤控制裝置之功率元件的切換，藉由該短路電流量測裝 置量測並記錄該太陽能電池裝置的一短路電流；該微處理器裝置運算出被記錄之各短路電流中的一最大值，再驅動該馬達驅動裝置，以驅動該姿態控制裝置中之馬達，藉由該姿態控制裝置將該太陽能電池裝置之姿態調整至一對應於該短路電流最大值的姿態。
  28. 如申請專利範圍第27項所述之太陽追蹤系統裝置，其中每一該等太陽能電池單元係為一聚光型太陽能電池單元。
  29. 如申請專利範圍第27項所述之太陽追蹤系統裝置，其中每一該等太陽能電池單元係為一高聚光型太陽能電池單元。
  30. 如申請專利範圍第27項所述之太陽追蹤系統裝置，其中該姿態控制裝置係具有一方位角控制單元及一仰角控制單元，該方位角控制單元及一仰角控制單元分別至少各包含有馬達(可為直流馬達、交流同步馬達、或步進馬達)及減速機構。
  31. 如申請專利範圍第30項所述之太陽追蹤系統裝置，更包括至少一方位角極限開關，以控制該方位角控制單元的移動行程。
  32. 如申請專利範圍第30項所述之太陽追蹤系統裝置，更包括至少一仰角極限開關，以控制該仰角控制單元的移動行程。
  33. 如申請專利範圍第27項所述之太陽追蹤系統裝置，其中該最大功率追蹤控制裝置包括一昇降壓調整電路 單元，且該昇降壓調整電路單元至少具有一電感、一電容、一二極體及一第二切換功率元件。
  34. 如申請專利範圍第33項所述之太陽追蹤系統裝置，其中該第一切換功率元件及該第二切換功率元件係交替地呈現一導通狀態，以交替地量測該太陽能電池裝置之短路電流及追蹤該太陽能電池裝置之最大功率。
  35. 如申請專利範圍第33項所述之太陽追蹤系統裝置，其中該第一切換功率元件及該第二切換功率元件可為金屬氧化物半導體場效電晶體、功率電晶體或絕緣柵雙極電晶體。
  36. 如申請專利範圍第27項所述之太陽追蹤系統裝置，其中該短路電流量測裝置及該最大功率追蹤控制裝置可整合為一感測電路模組。
  37. 如申請專利範圍第27項所述之太陽追蹤系統裝置，其中該微處理器裝置係依據一搜尋規則，驅動該馬達驅動裝置，以藉由該姿態控制裝置將該太陽能電池裝置之姿態調整至一對應於該短路電流最大值的姿態。
  38. 如申請專利範圍第37項所述之太陽追蹤系統裝置，其中該搜尋規則係為人工智慧演算法。
  39. 如申請專利範圍第37項所述之太陽追蹤系統裝置，其中該人工智慧演算法可為模糊演算法、螞蟻演算法、田口演算法或遺傳基因演算法。
  40. 如申請專利範圍第27項所述之太陽追蹤系統裝置，其中該電流感測電路單元係藉由一電阻法量測出該太陽能電池裝置之短路電流。
  41. 如申請專利範圍第27項所述之太陽追蹤系統裝置，其中該電流感測電路單元係藉由一霍爾元件法量測出該太陽能電池裝置之短路電流。
  42. 如申請專利範圍第27項所述之太陽追蹤系統裝置，其中該電流感測電路單元係藉由一CT法量測出該太陽能電池裝置之短路電流。
  43. 如申請專利範圍第27項所述之太陽追蹤系統裝置，更包括一與該微處理器裝置耦合之記憶體，以將該太陽能電池裝置於不同姿態時之各短路電流儲存於其中，以供後續之分析使用。
  44. 一種太陽追蹤方法，係應用於一太陽追蹤系統裝置，且該太陽追蹤系統裝置至少包含一太陽能電池裝置、一姿態控制裝置、一短路電流量測裝置、一馬達驅動裝置及一微處理器裝置，該方法係包括下列步驟：(A)驅動該馬達驅動裝置，以驅動該姿態控制裝置中之馬達，藉由該姿態控制裝置改變該太陽能電池裝置之姿態，其中該短路電流量測裝置係具有一切換功率元件及一電流感測電路單元，於該太陽能電池裝置之姿態改變時，藉由該短路電流量測裝置切換功率元件形成一閉路之瞬間量測並記錄該太陽能電池裝置的一短路電流； (B)藉由該微處理器裝置運算出被記錄之各短路電流中的一最大值；以及(C)驅動該馬達驅動裝置，以藉由該姿態控制裝置將該太陽能電池裝置之姿態調整至一對應於該短路電流最大值的姿態。
  45. 如申請專利範圍第44項所述之太陽追蹤方法，其中於執行步驟(A)、步驟(B)及步驟(C)前，更包含執行一光感測器追日法，俾改變該太陽能電池裝置之姿態以進行一粗定位，再藉由步驟(A)、步驟(B)及步驟(C)進行一精密定位。
  46. 如申請專利範圍第44項所述之太陽追蹤方法，其中於執行步驟(A)、步驟(B)及步驟(C)前，更包含執行一太陽軌跡公式追日法，俾改變該太陽能電池裝置之姿態以進行一粗定位，再藉由步驟(A)、步驟(B)及步驟(C)進行一精密定位。
  47. 如申請專利範圍第44項所述之太陽追蹤方法，於步驟(A)後更包含判斷量測到之短路電流是否低於一固定值，其中當量測到之短路電流低於該固定值時，更包含：暫停驅動該馬達驅動裝置且繼續量測該太陽能電池裝置之短路電流；以及當量測到之短路電流高於該固定值，恢復驅動該馬達驅動裝置以執行步驟(B)及步驟(C)。
  48. 如申請專利範圍第45項所述之太陽追蹤方法，於步驟(A)後更包含判斷量測到之短路電流是否低於一固定值，其中當量測到之短路電流低於該固定值時，更包含：以一太陽軌跡公式追日法驅動該馬達驅動裝置且繼續量測該太陽能電池裝置之短路電流；以及當量測到之短路電流高於該固定值，執行步驟(B)及步驟(C)。
  49. 一種太陽追蹤系統裝置，係包括：一太陽能電池裝置，係具有複數個太陽能電池單元；一姿態控制裝置，係與該太陽能電池裝置結合，以控制該太陽能電池裝置之姿態；一短路電流量測裝置，係與該太陽能電池裝置耦合，以量測該太陽能電池裝置的一短路電流，該短路電流量測裝置係具有一切換功率元件及一電流感測電路單元；一馬達驅動裝置，係與該姿態控制裝置結合，以驅動該姿態控制裝置中之馬達，藉由該姿態控制裝置而改變該太陽能電池裝置之姿態；以及一微處理器裝置，係與該短路電流量測裝置及該馬達驅動裝置耦合；其中，當該太陽能電池裝置運作時，該微處理器裝置驅動該馬達驅動裝置，以驅動該姿態控制裝置中之馬達，藉由該姿態控制裝置改變該太陽能電池裝置之姿態，且於該太陽能電池裝置之姿態改變時，藉由該短路電流量測裝 置切換功率元件形成閉路之瞬間量測並記錄該太陽能電池裝置的一短路電流；該微處理器裝置運算出被記錄之各短路電流中的一最大值，再驅動該馬達驅動裝置，以驅動該姿態控制裝置中之馬達，藉由該姿態控制裝置將該太陽能電池裝置之姿態調整至一對應於該短路電流最大值的姿態。
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