TWI558052B - Regenerative energy control methods and systems - Google Patents

Description

再生能源控制方法及系統

本發明是有關於一種能源的控制方法及系統，特別是指一種再生能源控制方法及系統。

面臨石化燃料日益耗竭，發展再生能源已成為世界的潮流與趨勢。再生能源之定義為太陽能、生質能、地熱能、海洋能、風力、水力等直接利用或處理後所產生之能源且認定為可永續利用之能源，其中更以水力、風力、太陽能等較具有發展潛力。

現有的風力發電機即是將風力回收處理並可轉換為電力來使用的設備，同時利用單電瓶來儲蓄電力，以供電予負載使用。然而由於此電瓶同時充電和放電，容易導致蓄電效果不彰，並且降低電瓶的使用壽命，因此整體的能量管理作法仍亟待改善。

因此，本發明之目的，即在提供一種再生能源控制方法。

於是，本發明再生能源控制方法，由一再生能源控制系統執行，該再生能源控制系統包括一第一蓄電 瓶、一第二蓄電瓶，及一電連接該第一及第二蓄電瓶的控制單元，該再生能源控制系統電連接一負載及一再生能源發電機以接收一來自該再生能源發電機的發電電力，且該再生能源控制方法包含一步驟(A)、一步驟(B)、一步驟(C)、一步驟(D)，及一步驟(E)。

該步驟(A)是該控制單元比較該第一蓄電瓶的電壓是否大於該第二蓄電瓶的電壓。

該步驟(B)是若步驟(A)比較的結果為是，則該控制單元比較該第一蓄電瓶的電壓是否大於一預設電壓值。

該步驟(C)是若步驟(B)比較的結果為是，該控制單元使該第一蓄電瓶的電力供應至該負載。

該步驟(D)是該控制單元判斷該再生能源發電機是否開啟。

該步驟(E)是若步驟(D)的判斷結果為是，則該控制單元使該發電電力供應至該第二蓄電瓶。

此外，本發明之另一目的，即在提供一種再生能源控制系統。

於是，本發明再生能源控制系統，電連接一再生能源發電機以接收一發電電力，且包含一第一蓄電瓶、一第二蓄電瓶、一繼電器模組，及一控制單元。

該繼電器模組適於電連接一負載，且該繼電器模組電連接該第一及第二蓄電瓶，並受控制將該第一及第二蓄電瓶的電力的其中之一供應至該負載。

該控制單元比較該第一蓄電瓶的電壓是否大於該第二蓄電瓶的電壓，若比較的結果為是，則判斷該第一蓄電瓶的電壓是否大於一預設電壓值，若比較的結果亦為是，則控制該繼電器模組將該第一蓄電瓶的電力供應至該負載，並判斷該再生能源發電機是否開啟，若判斷為開啟，則控制該繼電器模組將該發電電力供應至該第二蓄電瓶。

本發明之功效在於：利用雙電瓶儲蓄來自再生能源發電機的發電電力，並控制其中之一供電予負載使用，另一則持續由發電電力充電備用，藉以提高整體的能源利用效率及電瓶的使用壽命。

1‧‧‧蓄電瓶組

11‧‧‧第一蓄電瓶

12‧‧‧第二蓄電瓶

2‧‧‧繼電器模組

3‧‧‧控制單元

31‧‧‧功率追蹤模組

32‧‧‧類比數位轉換模組

33‧‧‧可程式邏輯控制模組

100‧‧‧再生能源發電機

200‧‧‧市電電源

300‧‧‧負載

A~Q’‧‧‧步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一系統方塊圖，說明本發明再生能源控制系統的一實施例；圖2是一流程圖，說明本發明再生能源管理方法的一實施例；圖3是一流程圖，輔助圖2說明該實施例的一第三模式；及圖4是一流程圖，輔助圖3說明該第三模式的一變形。

參閱圖1，本發明再生能源控制系統，電連接一再生能源發電機100以接收一發電電力，且包含一蓄電 瓶組1、一繼電器模組2，及一控制單元3。在本例中，該再生能源發電機100為風力發電機。

該蓄電瓶組1包括一第一蓄電瓶11，及一第二蓄電瓶12。

該繼電器模組2適於電連接一市電電源200及一負載300，且該繼電器模組2電連接該蓄電瓶組1，並受控制將該市電電力、該第一蓄電瓶11的電力、該第二蓄電瓶12的電力的其中之一供應至該負載，而且受控制來將該該市電電力供應至該蓄電瓶組1，以對該第一蓄電瓶11及該第二蓄電瓶12充電。

該控制單元3包括一功率追蹤模組31、一類比數位轉換模組32，及一可程式邏輯控制模組(Programmable Logic Controller，PLC)33。

該功率追蹤模組31電連接該再生能源發電機100以接收該發電電力，且電連接該蓄電瓶組1，以透過該繼電器模組2的切換，將該發電電力供應至該蓄電瓶組1以對兩電瓶的其中之一進行充電。在本實施例中，該功率追蹤模組31是接收該第一蓄電瓶11及該第二蓄電瓶12其中之一的電力供應來驅動，並且利用最大功率追蹤點偵測(Maximum Power Point Tracking，MPPT)的功能來偵測該發電電力以擷取一發電電壓值。

該類比數位轉換模組32電連接該第一蓄電瓶11及該第二蓄電瓶12，以接收來自該第一蓄電瓶11的電壓及第二蓄電瓶的電壓，並分別轉換該第一蓄電瓶11的電 壓及該第二蓄電瓶12的電壓成為一第一數位值及一第二數位值。

該可程式邏輯控制模組33電連接該功率追蹤模組31及該類比數位轉換模組32，且每間隔一預定時間地分別接收來自該功率追蹤模組31的發電電壓值，及來自該類比數位轉換模組32的該第一數位值及第二數位值，並據以比較、判斷，來控制該繼電器模組2的電力供應。其中，在本實施例中，該可程式邏輯控制模組33與該功率追蹤模組31間透過RS-232介面，每間隔一分鐘來傳輸一次資料。

參閱圖2與圖3，本發明再生能源控制方法的一實施例是在圖1所示的再生能源控制系統中實施。以下詳細說明該方法的步驟A至步驟Q，其中，該再生能源控制方法具有一由該第一蓄電瓶11供電且該第二蓄電瓶12充電的第一模式、一由該第一蓄電瓶11供電且該第二蓄電瓶12放電的第二模式，及一由該市電電力供電且該第一蓄電瓶11及該第二蓄電瓶12皆為充電的第三模式。詳細的說，步驟B至步驟G為該第一模式，步驟H至步驟M為該第二模式，步驟N至步驟Q則為該第三模式。

首先，在步驟A中，該可程式邏輯控制模組33比較該第一蓄電瓶11的電壓是否大於該第二蓄電瓶12的電壓。更詳細的說，該可程式邏輯控制模組33比較來自該類比數位轉換模組32的第一數位值是否大於第二數位值。

在步驟B中，若於步驟A比較的結果為是，則 該可程式邏輯控制模組33操作於該第一模式，並比較該第一數位值是否大於一預設電壓值。若是，則繼續進到步驟C；若否，則進到該第三模式的步驟N。在本實施例中，該預設電壓值為12.2伏特。

在步驟C中，該可程式邏輯控制模組33控制該繼電器模組2，以將該第一蓄電瓶11的電力供應至該負載300。

在步驟D中，該可程式邏輯控制模組33判斷該再生能源發電機100是否開啟(運轉)，以決定該第二蓄電瓶12是否能利用該發電電力充電。詳細而言，該可程式邏輯控制模組33是依據來自該功率追蹤模組31的發電電壓值是否大於一預定值，若是則判斷為開啟，反之則判斷為非開啟。在本實施例中，該預定值為3伏特。

在步驟E中，若步驟D的判斷結果為是，則該可程式邏輯控制模組33藉由控制該繼電器模組2，切換來自該功率追蹤模組31發電電力，將其供應至該第二蓄電瓶12，以對該第二蓄電瓶12充電。

在步驟F中，若步驟D的判斷結果為否，則該可程式邏輯控制模組33控制該繼電器模組2將該市電電力供應至該第二蓄電瓶12，來對該第二蓄電瓶12充電。

在步驟G中，該可程式邏輯控制模組33繼續比較該第一數位值是否大於該預設電壓值，以確定該第一蓄電瓶11對該負載300供電所造成電壓下降，而不適合繼續供電。若比較的結果為是，則重覆步驟C，亦即，該可程 式邏輯控制模組33持續控制該繼電器模組2將該第一蓄電瓶11的電力供應至該負載300。若否，則進到該第二模式的步驟H。

在步驟H中，該可程式邏輯控制模組33操作於該第二模式，並比較該第二數位值是否大於該預設電壓值。若是，則繼續進到步驟I；若否，則進到該第三模式的步驟N。

在步驟I中，若步驟H比較的結果為是，則該可程式邏輯控制模組33控制該繼電器模組2將該第二蓄電瓶12的電力供應至該負載300。

在步驟J中，該可程式邏輯控制模組33判斷該再生能源發電機100是否開啟。

在步驟K中，若步驟J的判斷結果為是，則該可程式邏輯控制模組33控制該繼電器模組2將該發電電力供應至該第一蓄電瓶11，以對該第一蓄電瓶11充電。

在步驟L中，若步驟J的判斷結果為否，則該可程式邏輯控制模組33控制該繼電器模組2將該市電電力供應至該第一蓄電瓶11，來對該第一蓄電瓶11充電。

在步驟M中，該可程式邏輯控制模組33繼續比較該第二數位值是否大於該預設電壓值，以確定該第二蓄電瓶12是否適合繼續供電給該負載300。若比較的結果為是，則重覆步驟I，亦即，該可程式邏輯控制模組33持續控制該繼電器模組2將該第二蓄電瓶12的電力供應至該負載300。若否，則回到該第一模式的步驟B。

在步驟N中，該可程式邏輯控制模組33操作於該第三模式，亦即，該第一數位值及該第二數位值皆低於該預設電壓值，此時，該可程式邏輯控制模組33控制該繼電器模組2將該市電電力供應至該負載300以及該第一蓄電瓶11，以由該市電電力來對該負載300供電，並且對該第一蓄電瓶11充電。

在步驟O中，該可程式邏輯控制模組33判斷該再生能源發電機100是否開啟。若是，則繼續進到步驟P中；若否，則直接進到步驟Q中。

在步驟P中，若該可程式邏輯控制模組33判斷該再生能源發電機100為開啟，則控制該繼電器模組2將該發電電力供應至該第二蓄電瓶12，來對該第二蓄電瓶12充電。

在步驟Q中，該可程式邏輯控制模組33判斷該第一數位值是否大於一預定充電值，若否，則返回步驟N。若是，則重覆步驟C，亦即由該第一蓄電瓶11對該負載300供電。在本例中，該預定充電值為13.5伏特。

在此須補充說明的是，在步驟N中，該可程式邏輯控制模組33亦可控制該市電電力對該第二蓄電瓶12充電，而在步驟P中，亦可控制該發電電力對該第一蓄電瓶11充電，而不以本實施例中所述為限。

參閱圖4，本發明再生能源控制方法的實施例的一變形，差別在於步驟Q’。

在步驟Q’中，該可程式邏輯控制模組33判斷 該第一蓄電瓶11的充電時間是否達到一預定時間，若否，則返回步驟N。若是，則重覆步驟C，亦即由該第一蓄電瓶11對該負載300供電。在本例中，該預定時間為充電6小時。

綜上說明可知，本發明利用雙電瓶儲蓄來自再生能源發電機100的發電電力，並藉由該可程式邏輯控制模組33操作於該三種模式之一，以控制其中之一供電予負載300使用，另一則持續由該市電電力或是該發電電力充電備用；另外，亦可讓雙電瓶皆充電備用，而利用該市電電源200輔助供電予該負載300，藉此提高整體的能源利用效率及電瓶的使用壽命，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧蓄電瓶組

11‧‧‧第一蓄電瓶

12‧‧‧第二蓄電瓶

2‧‧‧繼電器模組

3‧‧‧控制單元

31‧‧‧功率追蹤模組

32‧‧‧類比數位轉換模組

33‧‧‧可程式邏輯控制模組

100‧‧‧再生能源發電機

200‧‧‧市電電源

300‧‧‧負載

Claims (10)

1. 一種再生能源控制方法，由一再生能源控制系統執行，該再生能源控制系統包括一第一蓄電瓶、一第二蓄電瓶，及一電連接該第一及第二蓄電瓶的控制單元，該再生能源控制系統電連接一負載及一再生能源發電機以接收一來自該再生能源發電機的發電電力，該再生能源控制方法包含：(A)該控制單元比較該第一蓄電瓶的電壓是否大於該第二蓄電瓶的電壓；(B)若步驟(A)比較的結果為是，則該控制單元比較該第一蓄電瓶的電壓是否大於一預設電壓值；(C)若步驟(B)比較的結果為是，該控制單元使該第一蓄電瓶的電力供應至該負載；(D)該控制單元判斷該再生能源發電機是否開啟；及(E)若步驟(D)的判斷結果為是，則該控制單元使該發電電力供應至該第二蓄電瓶。
2. 如請求項1所述的再生能源控制方法，還包含：(G)該控制單元比較該第一蓄電瓶的電壓是否大於該預設電壓值，若是，則重覆步驟(C)；(H)若步驟(G)比較的結果為否，該控制單元比較該第二蓄電瓶的電壓是否大於該預設電壓值；(I)若步驟(H)比較的結果為是，則該控制單元使該第二蓄電瓶的電力供應至該負載； (J)該控制單元判斷該再生能源發電機是否開啟；及(K)若步驟(J)的判斷結果為是，則該控制單元使該發電電力供應至該第一蓄電瓶。
3. 如請求項1所述的再生能源控制方法，該再生能源控制系統更接收一市電電力，還包含：(N)若步驟(B)比較的結果為否，則該控制單元使該市電電力供應至該負載以及該第一蓄電瓶；(O)該控制單元判斷該再生能源發電機是否開啟；及(P)若步驟(O)的結果為是，則該控制單元控制該控制單元使該發電電力供應至該第二蓄電瓶。
4. 如請求項3所述的再生能源控制方法，還包含：(Q)若步驟(O)的結果為否，則該控制單元判斷該第一蓄電瓶的電壓是否大於一預定充電值，若否，則返回步驟(N)，若是，則重覆步驟(C)。
5. 如請求項3所述的再生能源控制方法，還包含：(Q’)若步驟(O)的結果為否，則該控制單元判斷該第一蓄電瓶的充電時間是否達到一預定時間，若否，則返回步驟(N)，若是，則重覆步驟(C)。
6. 如請求項3所述的再生能源控制方法，還包含：(F)若步驟(D)的判斷結果為否，則該控制單元使該市電電力供應至該第二蓄電瓶。
7. 一種再生能源控制系統，電連接一再生能源發電機以 接收一發電電力，包含：一第一蓄電瓶；一第二蓄電瓶；一繼電器模組，適於電連接一負載，且該繼電器模組電連接該第一及第二蓄電瓶，並受控制將該第一及第二蓄電瓶的電力的其中之一供應至該負載；及一控制單元，比較該第一蓄電瓶的電壓是否大於該第二蓄電瓶的電壓，若比較的結果為是，則判斷該第一蓄電瓶的電壓是否大於一預設電壓值，若比較的結果亦為是，則控制該繼電器模組將該第一蓄電瓶的電力供應至該負載，並判斷該再生能源發電機是否開啟，若判斷為開啟，則控制該繼電器模組將該發電電力供應至該第二蓄電瓶。
8. 如請求項7所述的再生能源控制系統，其中，該控制單元包括：一功率追蹤模組，電連接該再生能源發電機以接收該發電電力，並偵測該發電電力以擷取一發電電壓值；一類比數位轉換模組，電連接該第一及第二蓄電瓶以接收來自該第一及第二蓄電瓶的電壓，並分別轉換該第一及第二蓄電瓶的電壓成為一第一數位值及一第二數位值，及一可程式邏輯控制模組，電連接該功率追蹤模組及該類比數位轉換模組，以分別接收來自該功率追蹤模 組的發電電壓值，及來自該類比數位轉換模組的該第一及第二數位值，並據以比較判斷來控制該繼電器模組的電力供應。
9. 如請求項8所述的再生能源控制系統，其中，該可程式邏輯控制模組比較該來自類比數位轉換模組的第一數位值是否大於該預設電壓值，若比較的結果為是，則該可程式邏輯控制模組持續控制該繼電器模組將該第一蓄電瓶的電力供應至該負載，若比較的結果為否，則該可程式邏輯控制模組比較該來自類比數位轉換模組的第二數位值是否大於該預設電壓值，若比較的結果為是，則該可程式邏輯控制模組控制該繼電器模組將該第二蓄電瓶的電力供應至該負載，且判斷該再生能源發電機是否開啟，若判斷為開啟，該可程式邏輯控制模組控制該繼電器模組將該發電電力供應至該第一蓄電瓶。
10. 如請求項8所述的再生能源控制系統，其中，該繼電器模組更接收一市電電力，其中，若該可程式邏輯控制模組比較該第一數位值不大於該預設電壓值，則該可程式邏輯控制模組控制該繼電器模組將該市電電力供應至該負載以及該第一蓄電瓶，若該可程式邏輯控制模組判斷該再生能源發電機非開啟，則該可程式邏輯控制模組控制該繼電器模組將 該市電電力供應至該第二蓄電瓶。