TWI469497B - 太陽能系統以及通訊裝置 - Google Patents

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TWI469497B TW101134135A TW101134135A TWI469497B TW I469497 B TWI469497 B TW I469497B TW 101134135 A TW101134135 A TW 101134135A TW 101134135 A TW101134135 A TW 101134135A TW I469497 B TWI469497 B TW I469497B
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Description

太陽能系統以及通訊裝置
本發明是有關於一種太陽能系統，且特別是有關於一種可在市電電網外獨立運作的太陽能系統及其通訊裝置。
自從幾次能源危機之後，人們開始積極尋找各種替代能源，主要目標便在找出可以永續利用且低污染的再生能源。常見的再生能源包含太陽能、地熱、風力、潮汐、溫差發電等。其中，太陽能發電已成為目前主要發展的再生能源之一。
目前，傳統的固定式太陽能發電系統可支援連網(On-grid)、離網(Off-grid)以及複合式(Hybrid)等三種操作模式，一套太陽能發電系統中可包含多數個太陽能交流模組，傳統的太陽能發電系統多以大型系統為一個發電單位，如發電廠中各種固定發電機組、裝置於住家屋頂的大陽能發電機組等。隨著光電技術的發展，現行之太陽能發電可改以小型的交流模組(alternating-current module,AC module)作為最小的發電單元，適用一般家用的應用場合，然而，體積較小的交流模組普遍需要在電網內發電(On-grid)模式下操作。
也就是說，目前現有的太陽能發電系統主要分為不易攜帶的固定式系統或是無法獨立於市電電網外操作的交流模組，缺乏具有可攜性且便於使用的太陽能設備。
本發明提供一種太陽能系統及其通訊裝置，藉由本揭示文件提出的通訊裝置，可控制太陽能系統中的各別交流模組在離網(Off-grid)的操作情況下提供備用電能給各種電子負載(如手機或其他行動裝置)。如無移動需求時，可將交流模組與市用電網並聯，類似習知的固定式太陽能系統進行發電。另一方面，如有移動需求時(例如外出旅遊、或長時間外出)可以將小型的交流模組隨身或隨車攜帶作為行動發電裝置，藉以應付衍伸電力的需求，可取代蓄電池或柴油發電機等傳統電力來源。
本揭示內容之一態樣是在提供一種太陽能系統，其包括至少一交流模組(AC module)以及一通訊裝置。每一交流模組(AC module)具有太陽能板與交流換流器(inverter)彼此電性連接。通訊裝置連結該至少一交流模組，用以控制該至少一交流模組之獨立發電運作。
本揭示內容之另一態樣是在提供一種一種通訊裝置，包括一模組連接頭以及一控制電路。模組連接頭用以連結一交流模組，其中該交流模組具有一太陽能板與一交流換流器彼此電性連接。控制電路電性連接該模組連接頭，用以控制該交流換流器之運作。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。 然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
請參閱第1圖，其繪示根據本發明之一實施例中一種太陽能系統100的功能方塊圖。如第1圖所示，太陽能系統100包含至少一交流模組(AC module)120以及通訊裝置140。於第1圖之實施例中，太陽能系統100包含三組交流模組120用以轉換太陽能而產生電能，但本發明並不以三組為限，其中交流模組(AC module)可選擇性的連接或不連接電池或其他儲能裝置。於此實施例中，通訊裝置140可耦接於交流模組120之間。交流模組120產生之電能可經由通訊裝置140供應給一負載電器200使用。
如第1圖所示，每一交流模組120具有太陽能板122以及交流換流器(inverter)124，太陽能板122與交流換流器124電性連接。為方便說明，第1圖中僅繪示其中一組交流模組120的內部功能方塊，實際上每一交流模組120應具有相應之功能模組。太陽能板122在太陽的照射下產生電能，交流換流器124用以轉換太陽能板122產生之電能後輸出。通訊裝置140連結交流模組120並用以控制交流模組120之運作。
第1圖中所示的各交流模組120彼此之間並聯，可透過匯流排(bus)方式與通訊裝置140連接。各自並聯的多個交流模組120具有獨立的交流換流器124可分別進行發電，當其中一個交流模組120發生故障時，亦不會嚴重影 響太陽能系統100整體的發電功能，其穩定性優於傳統多個串聯式的太陽能發電單元。
請一併參閱第2圖，其繪示根據本發明之一實施例中一種通訊裝置140的外觀示意圖。如第2圖所示，通訊裝置140中包含一模組連接頭141a以及一負載連接頭141b。通訊裝置140可透過模組連接頭141a連接至交流模組120的連接線路(如交流模組120的匯流排線121)，通訊裝置140可透過負載連接頭141b連接至負載電器200的連接線路(例如負載電器200的連接器201)。實際應用中，通訊裝置140的兩個連接頭(模組連接頭141a與負載連接頭141b)的樣式可配合交流模組120與負載電器200所使用的連接線路規格而定，並不以第2圖所示為限。如第2圖所示，本實施例之通訊裝置140可為一可攜式裝置耦接於交流模組120與負載電器200之間。
如第1圖所示，於此實施例中通訊裝置140中可包含感知器142、儲能單元144、控制電路146以及保險開關單元148。其中，感知器142用以判斷負載連接頭141b是否連結負載電器200。於此實施例中，通訊裝置140中的控制電路146電性連接模組連接頭141a(請參見第2圖)，控制電路146用以控制交流換流器120之運作。控制電路146包含確認單元146a、判斷單元146b、警示單元146c、命令單元146d以及波形產生單元146e。
請一併參閱第3圖，其繪示根據本發明之一實施例中通訊裝置140運作時之一操作流程示意圖。如第3圖之實 施例的操作流程中，首先在步驟S100與步驟S102依序將通訊裝置140兩端(模組連接頭141a與負載連接頭141b)連接交流模組120與負載電器200。接著，步驟S104中，感知器142可判斷通訊裝置140是否連結負載電器200。
當步驟S104判斷連接完成後，通訊裝置140中的命令單元146d便可執行步驟S106，透過有線或無線方式發送獨立發電命令給交流模組120，藉此指示交流模組120開始發電。
於步驟S106之後(發送獨立發電命令給交流模組120之後)，控制電路146中的判斷單元146b用以執行步驟S108，以判斷是否收到自交流模組120所回傳之回應訊息。
若未收到自交流模組120所回傳之回應訊息，則進入步驟S116，利用警示單元146c提供警示訊息，以指出未收到自交流模組120所回傳之回應訊息，方便進行後續檢查。舉例來說，警示單元146c可為LED指示燈(如第2圖中所示的警示單元146c)，可透過LED指示燈顯示特定的燈號顏色或特定的閃爍方式，以提供警示訊息對應上述異常狀態(未收到自交流模組120所回傳之回應訊息)。
另一方面，若收到自交流模組120所回傳之回應訊息，則進入步驟S110，交流換流器124根據獨立發電命令解除交流換流器124上的防孤島(anti-islanding)保護程序，並進入獨立發電程序。
須補充說明的是，防孤島(anti-islanding)保護程序是普遍使用在與市電電網併網連接的分散式發電系統上的一種 保護程序。所謂孤島現象(islanding phenomenon)係指當分散式發電系統(如本案的太陽能系統100中的各個交流模組120)與市電電網系統並聯供電時，若市電系統發生故障，分散式發電系統沒有即時脫離市電系統，而形成子系統獨立供電的現象。所有的分散式發電系統(如風力發電系統、太陽能發電、並聯在市電系統的自備發電機或蓄電設備都可能發生孤島現象。
若孤島現象發生時，會造成部份問題。例如，當市電系統故障後，電力系統維修人員必須在斷電的情況下做市電的修復，此時孤島現象下的分散式發電系統還在持續運作供電，分將威脅電力系統維修人員的人身安全；或是，當市電系統修復後的啟動瞬間，將可能產生極大的突波電流。當並聯到市電系統的分散式發電系統日益增加之際，發生孤島現象的機率相對增加。因此，一般併網發電下使用的分散式發電系統(如本案的太陽能系統100中的各個交流模組120)皆會設置防孤島(anti-islanding)保護程序，以避免孤島現象發生。於本揭示文件中，太陽能系統100中的各個交流模組120可支援連接市電電網的連網(on-grid)操作(併網發電)以及脫離市電電網的離網(off-grid)操作(獨立發電)。因此，在上述步驟S110中，交流換流器124根據獨立發電命令解除交流換流器124上的防孤島(anti-islanding)保護程序，以進行獨立發電。
接著，當獨立發電程序被執行的期間，進一步執行步驟S112，通訊裝置140中的確認單元146a以週期性地發 送確認訊息給交流模組120，其中判斷單元146b判斷交流模組120是否回應確認訊息，在交流模組120未回應確認訊息時，亦進入步驟S116，停止發電並由警示單元146c提供警示訊息，舉例來說，可透過LED指示燈顯示特定的燈號顏色或特定的閃爍方式，以提供警示訊息對應上述異常狀態(例如：未收到自交流模組120所回傳之回應訊息)。
上述實施例中，步驟S104中感知器142用以判斷負載連接頭141b是否連結負載電器200。於另一實施例中，步驟S104中感知器142判斷負載連接頭141b是否連結負載電器200之外，更進一步判斷負載電器200之連接器201(請參見第1圖與第2圖)是否已帶電，若連接器201已帶電，則取消步驟S106中獨立發電命令之發送。也就是說，若負載連接頭141b其連接端口***的連接器201本身已帶電，則表示其連接的並非電力負載(而可能是市電電網或另一電力源)，此時，則取消獨立發電命令。
須補充的是，由於部份的交流模組120(尤其是小型或可攜式的單一太陽能交流模組)需要在電網內(On-grid)的操作模式下方能正常運作。因此，請一併參閱第4圖，其繪示根據本發明之一實施例中通訊裝置140運作時之另一操作流程示意圖。如第4圖所示，在步驟S104與步驟S106之間(即執行步驟S106之前)，通訊裝置140可進一步執行步驟S105，通訊裝置140產生市電條件波形並傳送至交流模組120。對應步驟S105，通訊裝置140包含儲能單元144用以儲存電能，於步驟S105中當通訊裝置140連結負載電 器200且在命令單元146d發送獨立發電命令給交流模組120之前(即步驟S104與S106之間)，控制電路146中的波形產生單元146e基於儲能單元144儲存之電能產生市電條件波形並傳送至交流模組120，藉此，模擬交流模組120於市電電網下之工作環境。如此一來，即便是僅支援電網內(On-grid)模式下發電的交流模組120亦可接受到上述市電條件波形，亦可模擬在其一般市電電網下的工作環境，進入接受後續發電命令的狀態，並繼續執行後續之步驟。
另一方面，如第1圖所示之實施例中，太陽能系統100中的交流模組120亦可具有控制電路126，控制電路126包含確認單元126a、判斷單元126b以及警示單元126c。
請參閱第5圖，其繪示根據本發明之一實施例中交流模組120之操作流程示意圖。如第5圖所示，當交流模組120完成開機程序並進入待命模式之後，便執行步驟S200，交流模組120判斷是否收到獨立發電命令，若未收到獨立發電程序，則進入併網發電模式，也就是一般習知的太陽能交流模組發電的預設模式。
當判斷收到獨立發電命令，也就是獨立發電程序被執行的期間，執行步驟S202，交流模組120上的確認單元126a用以週期性地發送確認訊息給通訊裝置140。接著，執行步驟S204，判斷單元126b用以判斷通訊裝置140是否回應該確認訊息。
若通訊裝置140未回應該確認訊息，則執行步驟S206，利用警示單元126c提供一警示訊息，且控制交流換 流器124停止運作。舉例來說，可透過LED指示燈顯示特定的燈號顏色或特定的閃爍方式，以提供警示訊息對應上述異常狀態。
此外，太陽能系統100所包含交流模組120並不以第1圖所示的三組為限。例如，於一實施例中，太陽能系統可同時包含多組的交流模組以匯流排(bus)方式連接至通訊裝置，使單一通訊裝置可對應控制多個交流模組。於另一實施例中，通訊裝置140可更進一步包含功率均衡單元(圖中未示)，當通訊裝置140耦接至兩組以上的交流模組時，功率均衡單元用以均衡上述多個交流模組的功率輸出。
此外，如第1圖所示，通訊裝置140可更進一步保險開關單元148，保險開關單元148可耦接於交流模組120至負載電器200之間的迴路上，當交流模組120其輸出功率過大，或者太陽能系統100中的交流模組120的總數大於最大並聯模組數時，保險開關單元148切換以中斷交流模組120至負載電器200之間的迴路。保險開關單元148可為是熔斷式保險絲或非熔斷式保險絲。
綜上所述，本發明提供了一種太陽能系統及其通訊裝置，藉由本揭示文件提出的通訊裝置，可控制太陽能系統中的各別交流模組在電網外的離網(Off-grid)的操作情況下提供備用電能給各種電子負載(如手機或其他行動裝置)。如無移動需求時，可將交流模組與市用電網並聯，類似習知的固定式太陽能系統進行發電。另一方面，如有移動需求時(例如外出旅遊、或長時間外出)可以將小型的交流模組隨身或隨車攜帶作為行動發電裝置，藉以應付衍伸電力 的需求，可取代蓄電池或柴油發電機等傳統電力來源。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧太陽能系統
120‧‧‧交流模組
140‧‧‧通訊裝置
122‧‧‧太陽能板
124‧‧‧交流換流器
126‧‧‧控制電路
126a‧‧‧確認單元
126b‧‧‧判斷單元
126c‧‧‧警示單元
142‧‧‧感知器
144‧‧‧儲能單元
146‧‧‧控制電路
148‧‧‧保險開關單元
146a‧‧‧確認單元
146b‧‧‧判斷單元
146c‧‧‧警示單元
146d‧‧‧命令單元
146e‧‧‧波形產生單元
200‧‧‧負載電器
141a‧‧‧模組連接頭
141b‧‧‧負載連接頭
121‧‧‧匯流排線
201‧‧‧連接器
S100~S206‧‧‧步驟
第1圖繪示根據本發明之一實施例中一種太陽能系統的功能方塊圖；第2圖繪示根據本發明之一實施例中一種通訊裝置的外觀示意圖；第3圖繪示根據本發明之一實施例中通訊裝置運作時之一操作流程示意圖；第4圖繪示根據本發明之一實施例中通訊裝置運作時之另一操作流程示意圖；以及第5圖繪示根據本發明之一實施例中交流模組之操作流程示意圖。
100‧‧‧太陽能系統
120‧‧‧交流模組
140‧‧‧通訊裝置
122‧‧‧太陽能板
124‧‧‧交流換流器
126‧‧‧控制電路
126a‧‧‧確認單元
126b‧‧‧判斷單元
126c‧‧‧警示單元
200‧‧‧負載電器
142‧‧‧感知器
144‧‧‧儲能單元
146‧‧‧控制電路
148‧‧‧保險開關單元
146a‧‧‧確認單元
146b‧‧‧判斷單元
146c‧‧‧警示單元
146d‧‧‧命令單元
146e‧‧‧波形產生單元

Claims (9)

  1. 一種太陽能系統，包括：至少一交流模組，具有一太陽能板與一交流換流器彼此電性連接；以及一通訊裝置，連結該至少一交流模組，用以控制該至少一交流模組之獨立發電運作，其中在該交流模組接受一獨立發電命令時，該交流換流器根據該獨立發電命令，進入一獨立發電程序，其中該通訊裝置包括：一確認單元，用以在該獨立發電程序被執行時，週期性地發送一確認訊息給該交流模組。
  2. 如請求項1所述之太陽能系統，其中該通訊裝置包括：一負載連接頭；一感知器，用以判斷該負載連接頭是否連結一負載電器；以及一命令單元，用以當該負載連接頭連結該負載電器時，發送該獨立發電命令給該交流模組。
  3. 如請求項2所述之太陽能系統，其中該通訊裝置包括：一判斷單元，用以在該獨立發電命令已發送給該交流模組之後，判斷是否收到自該交流模組所回傳之一回應訊 息；以及一警示單元，用以在該回應訊息未被收到時，提供一警示訊息。
  4. 如請求項1所述之太陽能系統，其中該判斷單元判斷該交流模組是否能回應該確認訊息，在該交流模組未回應該確認訊息時，該警示單元提供一警示訊息。
  5. 如請求項1所述之太陽能系統，其中該交流模組包括：一確認單元，用以在該獨立發電程序被執行時，週期性地發送一確認訊息給該通訊裝置；一判斷單元，用以判斷該通訊裝置是否回應該確認訊息；一警示單元，用以在該通訊裝置未回應該確認訊息時，提供一警示訊息，且該交流換流器停止運作。
  6. 一種通訊裝置，包括：一模組連接頭，用以連結一交流模組，其中該交流模組具有一太陽能板與一交流換流器彼此電性連接；以及一控制電路，電性連接該模組連接頭，用以控制該交流換流器之運作，其中在該交流模組接受一獨立發電命令時，該交流換流器根據該獨立發電命令，進入一獨立發電程序； 其中該控制電路包括：一確認單元，用以在該獨立發電程序被執行時，週期性地發送一確認訊息給該交流模組。
  7. 如請求項6所述之通訊裝置，更包括：一負載連接頭；以及一感知器，用以判斷該負載連接頭是否連結一負載電器，其中該控制電路包括：一命令單元，用以當該負載連接頭連結該負載電器時，發送該獨立發電命令給該交流模組。
  8. 如請求項7所述之通訊裝置，其中該控制電路包括：一判斷單元，用以在該獨立發電命令已發送給該交流模組之後，判斷是否收到自該交流模組所回傳之一回應訊息；以及一警示單元，用以在該回應訊息未被收到時，提供一警示訊息。
  9. 如請求項8所述之通訊裝置，其中該判斷單元判斷該交流模組是否能回應該確認訊息，在該交流模組未回應該確認訊息時，該警示單元提供一警示訊息。
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