TWM449396U - 智慧儲能系統 - Google Patents

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Tsun-Yu Chang
Chun-Chieh Chang
Yu-Ta Tseng
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Description

智慧儲能系統
本創作係關於儲能系統，尤指一種具有多種控制模式的儲能系統，能有效達到自動調節供應電能與儲存電能之智慧儲能系統。
電能是現代化生活的基石，亦是經濟發展的動力，不論是過去一般的傳統產業(如：印刷廠、紡織廠、煉鋼廠、石化廠…等)或是時下新興的高科技產業(如：半導體廠、液晶面板廠…等)無不以電能作為動力，用以使整個生產線或是機具開始生產、運作。再者，每一日的生活中，幾乎家家戶戶亦都需要利用到電能(如：電燈、電熱水器、電視、冷氣、冰箱…等)，而為了提供電能於上述種種的產業或生活用電，即需要一種供電系統，用以供產生電能，並將電能分配到各個需要利用電能的負載裝置上。
惟，任一發電廠產生的電量有限，若供電同時需供應許多耗電裝置啟動，或者任一供電線路所需耗費的電量過大，使得用電量突然的增加時，發電廠將無法立即提供充足的電量，如此，將會因電量不足而產生停電的問題，而上述的任一產業或生活用電若沒有穩定的電量以利用或生產運作，都將會造成莫大的經濟損失，以及生活上極大的不便利。
為了防止供電線路同時需供應許多耗電負載裝置 啟動，或者任一供電線路所需耗費的電量過大，導致用電量突然的增加而造成電量不足的問題，供電系統會啟動較多的發電模組，用以提供較目前供電線路用電量更多的備用電量，使得所發出的電量不致缺乏，並確保供電系統不會因為無法即時啟動更多的發電模組解決電量不足的問題，而產生停電的問題。
不過，此一方法又延伸出另一個問題，即發電模組所發出之多餘、沒有被供電線路利用的備用電量無法被儲存或作其他利用，長期下來將造成該備用電量的浪費，及因為該備用電量浪費而造成用電成本的上升，非常不符合經濟效益，且為了產生該備用電量，將消耗更多的發電資源，亦不符合較嚴格的環保需求。
舉例說明，假設有一城市在夏天的用電離峰時的總用電量為1000萬瓦，而用電尖峰時的總用電量為1500萬瓦，該城市所需的電量係由郊區的一座火力發電廠來提供，該火力發電廠共設置有二十組的發電機組，一組發電機組係能發出100萬瓦的電量，所以，該火力發電廠在傍晚的用電離峰時間原本只需開啟十組的發電機組，以供應1000萬瓦的電量即可，但是，為了防止該城市的住戶在同一時間內，同時開啟耗電量大的冷氣機，導致總用電量超過1000萬瓦，或者是為了防止當用電離峰時段準備進入用電尖峰時段的時候，需等候發電機組暖機，來不及供應多出來的500萬瓦電量，使得該火力發電廠來不及開啟更多的發電機組，用以供應充足的電量，造成跳電、停電的問題， 進而產生民怨。
故，該火力發電廠在用電離峰時間仍需開啟十五組的發電機組，提高總供電量至1500萬瓦，以利用多餘的500萬瓦做備用電量，才能有效防止總用電量突然增加超過1000萬瓦，而造成停電的問題，惟，多出來的500萬瓦備用電量並非一直都有被利用，甚至完全沒有被利用到，而該火力發電廠卻沒有能對該備用電量做其他利用或儲存的設備，該備用電量將被浪費，長期下來，平白浪費的該備用電量費用只能加諸在所有的消費者身上，非常的不符合經濟效益，況且，該火力發電廠為提高發電量而開啟更多的發電機組，不僅消耗更多的發電資源，亦對環境造成更多的汙染及破壞(如：空氣品質的汙染、溫水排放對河川海洋的破壞…等)。
基於上所述問題，微電網的概念被提出，未來的電網將連結分散式發電設備，包括太陽能、風力和燃料電池等，並形成一個個的微電網系統，此一微電網系統既可與大電網並聯運轉，也可以獨立運作。微電網的建構上，目前遭遇到一些問題，例如，以最有潛力的太陽能及風力發電來說，因出力不穩定而可能影響大電網的供電品質。因此，現行各工廠、辦公室與住宅利用儲能系統做為備用電源使用，儲能系統的電能平常可由市電或電能產生裝置(太陽能電池或/及風力發電機)取得，使儲能系統的電能在市電電力不足或停電時可供負載使用。但，現有儲能系統只有在市電 不足時才會被切換使用，無法透過時間控制或電量自動調節儲能系統的供電/儲能方式。這樣不只無法減少電量的浪費，無形中也增加儲能系統中儲能元件的浪費，形成另一種環保污染。
所以，如何設計出一種能自動調整供電/儲能方式、並減少電量浪費及更加環保的儲能系統，實乃目前刻不容緩，並亟待解決之一重要課題。
有鑑於此，為解決上述之缺點，現有儲能系統無法兼具自動調整供電/儲能方式及減少電量浪費的效果，不只造成產業發展的阻礙與生活上的不便利，也將導致能源利用上極大的損失，及環境的汙染，因此，本創作的目的是提供一種智慧儲能系統，提供多種控制模式用以自動調整供電/儲能方式且減少電量浪費的儲能系統。
為達上述目的，本創作提供一種智慧儲能系統，其包括：一儲能元件用以儲存電能；一充電模組接入市電的交流電源，用以轉換電能儲存至該儲能元件，且該充電模組與交流電源連接間設一第一控制開關，藉此控制轉換電能儲存至該儲能元件的時間與時機；一電源轉換模組電性連接於該儲能元件，用以轉換該儲能元件的電能至外界的負載，且該電源轉換模組接入市電的交流電源，且該電源轉換模組與交流電源連接間設一第二控制開關；一電能產生裝置透過一第三控 制開關電性連接於該儲能元件，用以將產生的電能儲存至該儲能元件；及一選擇控制模組用以控制該第一控制開關、該第二控制開關及該第三控制開關的斷開與導通。
其中，該電能產生裝置係為太陽能發電裝置與風力發電裝置其中之一或兩者同時使用。
其中，該選擇控制模組電性連接一控制面板，用以操控該選擇控制模組；且該選擇控制模組可電性連接一連接裝置，使用者可透過電腦直接連接或藉由遠端網路操控該選擇控制模組。
其中，該儲能元件電性連接一電量偵測裝置，且將偵測結果傳給該選擇控制模組，提供該選擇控制模組切換由市電的交流電源或該儲能元件供電給外界的負載。
其中，該選擇控制模組包含定時模式、平時省電模式及強制充電模式；該定時模式係設定啟動由該儲能元件供應電能的時間；該平時省電模式係只偵測該儲能元件電量以及有無交流電源，當該儲能元件電量高於設定值及市電的交流電源無法供電時，由該儲能元件供應電能；該強制充電模式優於該定時模式及該平時省電模式，啟動該強制充電模式後，在該儲能元件的電量到設定值或被充電設定的時間後結束充電。
本創作的優點在於，儲能系統提供多種控制模式用以自動調整供電/儲能方式且減少電量浪費的儲能系統，且使用方便簡單，可做為微電網的一個點，搭 配分散式發電設備，如太陽能發電、風力發電、潮汐發電和燃料電池等，既可與大電網並聯運轉，也可以獨立運作。
茲舉出本創作之智慧儲能系統的附圖說明及具體實施方式，以協助專利審查委員對本創作的技術特徵及內容做瞭解，敬請參見如下的陳述：請參閱圖1，為本創作之系統示意圖。本創作提供一種智慧儲能系統，其包括：一儲能元件100用以儲存電能；一充電模組200接入市電的交流電源300，用以轉換電能儲存至該儲能元件100，且該充電模組200與交流電源300連接設一第一控制開關210；一電源轉換模組400電性連接於該儲能元件100，用以轉換該儲能元件100的電能至外界的負載500，且該電源轉換模組400接入市電的交流電源300，且該電源轉換模組400與交流電源300連接間設一第二控制開關410；一電能產生裝置600透過一第三控制開關610電性連接於該儲能元件100，用以將該電能產生裝置600產生的電能儲存至該儲能元件100，該電能產生裝置600係為太陽能發電裝置與風力發電裝置其中之一或兩者同時使用；及一選擇控制模組700用以控制該第一控制開關210、該第二控制開關410及該第三控制開關610的斷開與導通。
該儲能元件100電性連接一電量偵測裝置800， 且將偵測結果傳給該選擇控制模組700，提供該選擇控制模組700切換由市電的交流電源300或該儲能元件100供電給外界的負載500。
請再參閱圖2及圖3，實施上該第一控制開關210、該第二控制開關410與該第三控制開關610可分別為各單一繼電器，且前述繼電器被程序控制器或微電腦所控制。在實施上，該第一控制開關210與該第二控制開關410的功能與動作，也可由二個開關元件達到相同斷開與導通的目的與功能，該第一控制開關210可由並聯的一第一開關211及一第一繼電器212取代，而該第二控制開關410也可由並聯的一第二開關411及一第二繼電器412取代，用以完成所需的作動關係。
又，該選擇控制模組700電性連接一控制面板710，使用者可由該控制面板710操控該選擇控制模組700；另，該選擇控制模組700可電性連接一連接裝置720(如圖3所示)，使用者可透過電腦直接連接(或網路連接)操控該選擇控制模組700。
該選擇控制模組700包含定時模式、平時省電模式及強制充電模式，其作動方式說明如下：
一、定時模式：該定時模式係設定由該儲能元件100供應電能的時間；在該定時模式使用這客戶設定啟動該儲能元件100供電模式時間，例如說早上十點，就從該控制面板710上設定啟動時間為AM10：00；接著設定關閉該儲能元件100供電模式， 跳回市電的交流電源300供電模式的時間，比方說早上十一點，從面板上設定關閉時間為AM11：00。設定確認之後，除非重新設定，否則每天一到早上十點，啟動該儲能元件100供電模式；早上十一點，關閉該儲能元件100供電模式，跳回交流電源300供電模式。但設定完定時模式啟動關閉時間，當該儲能元件100供電過程中，若該儲能元件100電量(電壓)低於設定的關機電量(例如電壓48V)，即使該儲能元件100供電時間還沒結束，也必須跳回市電的交流電源300模式。
當在該定時模式遇到停電時：1.如果停電時間在該定時模式設定的該儲能元件100供電期間內，則原本就已經切換在該儲能元件100供電模式，當該定時模式時間結束後，本來應該切回市電的交流電源300模式，但是因為交流電源300不存在，因此繼續該儲能元件100供電模式放電至該儲能元件100電量(電壓)達到關機電壓(例如電壓48V)，再切回交流電源300模式後，系統關機。當市電恢復供電之後，系統重新啟動，回到正常定時模式；若市電尚未恢復供電，該儲能元件100可藉由該電能產生裝置600產生的電力進行儲能，當該儲能元件100電量回升到設定的可啟動電壓後，系統再重新啟動，回到該儲能元件100供電模式。2.如果停電時間在該定時模式設定的該儲能元件100供電模式期間外，則自動切換到該儲能元件100供電模式，繼續放電至該儲能元件100電量(電壓) 達到關機電壓(例如電壓48V)，再切回交流電源300模式後，系統關機。當市電恢復供電之後，系統重新啟動，回到正常的定時模式；若市電尚未恢復供電，該儲能元件100可藉由該電能產生裝置600產生的電力進行儲能，當該儲能元件100電量回升到設定的可啟動電壓後，系統再重新啟動，回到該儲能元件100供電模式。
二、平時省電模式：該平時省電模式係只偵測該儲能元件100電量以及有無交流電源300，當該儲能元件100電量高於設定值(例如電壓升高到56V)，自動切換到該儲能元件100供電模式；當該儲能元件100電量低於設定值(例如電壓放電到51V)，自動切換至交流電源300模式。當遇到停電無交流電源300供電時：1.如果停電時間在該儲能元件100供電模式期間，則原本就已經切換在該儲能元件100供電模式，該儲能元件100繼續放電至該儲能元件100電量(電壓)達到關機電壓(例如電壓48V)，再切回交流電源300模式後，系統關機。當市電恢復供電之後，系統重新啟動，回到正常的平時省電模式；若市電尚未恢復供電，該儲能元件100可藉由電能產生裝置600產生的電力進行儲能，當該儲能元件100電量回升到設定的可啟動電壓後，系統再重新啟動，回到該儲能元件100供電模式。2.如果停電時間在交流電源300模式期間，則自動切換到該儲能元件100供電模式，該儲能元件100繼續放電至該儲能元件100電量(電壓)達到關機 電壓(例如電壓48V)，再切回交流電源300模式後，系統關機。當市電恢復供電之後，系統重新啟動，回到正常的平時省電模式；若市電尚未恢復供電，該儲能元件100可藉由電能產生裝置600產生的電力進行儲能，當該儲能元件100電量回升到設定的可啟動電壓後，系統再重新啟動，回到該儲能元件100供電模式。
三、強制充電模式：該強制充電模式優於該定時模式及該平時省電模式，啟動該強制充電模式後，在該儲能元件100的電量到設定值(例如電壓升高到55V)或被充電設定的時間後結束充電(例如設定充電8小時後結束充電)。
綜合前述本創作結構及模式，本創作應用上主要條件有：1.可以用電離峰時間充電，可設定充電模組200接入市電的交流電源300對該儲能元件100充電的時間；2.用電尖峰時段強制該儲能元件100放電(定時模式)；3.當該儲能元件100電量低於一半(或低於一預設定的電容量)，由市電的交流電源300供電給負載500(平時省電模式)；4.任何時間如果有需要充電，例如停電後的短期市電回復，可強制系統於平時設定充電時間(離峰時間)之外充電(強制充電模式)。
以下說明例將該第一控制開關210的斷開與導通以第一開關211與第一繼電器212的斷開與導通為說明例，而該第二控制開關410的斷開與導通以第二開關411及第二繼電器412的斷開與導通為說明例。
依前述本創作應用上主要條件，該選擇控制模組700控制該第一開關211在用電離峰時間導通，充電模組200接入市電的交流電源300對該儲能元件100充電；而在當該儲能元件100電量高於設定值，該第一繼電器212斷開，不再充電。其中該第一開關211與第一繼電器212的動作可由該第一控制開關210而達成相同功能與目的。
該選擇控制模組700控制該第二開關411在用電尖峰時間斷開，強制該儲能元件100放電；而在其它時間該第二開關411導通，可由市電的交流電源300供電給負載500。該選擇控制模組700控制該第二繼電器412在當該儲能元件100低於一半應有的電量(或低於一預設定的電容量)，該第二繼電器412導通，由市電的交流電源300供電給負載500；而在當該儲能元件100電量高於設定值(例如電壓升高到56V)，該第二繼電器412斷開，可由該儲能元件100供電。其中該第二開關411與第二繼電器412的動作可由該第二控制開關410而達成相同功能與目的。
而該選擇控制模組700控制該第三控制開關610在當該儲能元件100電量高於設定值(例如電壓升高到56V)，該第三控制開關610斷開，該電能產生裝置600不再對該儲能元件100充電；而當該儲能元件100電量低於設定值(例如電壓下降到52.8V)，該第三控制開關610導通，該電能產生裝置600對該儲能元件100充電。
本創作在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本創作，而不應解讀為限制本創作之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本創作之範疇內。因此，本創作之保護範圍當以下文之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧儲能元件
200‧‧‧充電模組
210‧‧‧第一控制開關
211‧‧‧第一開關
212‧‧‧第一繼電器
300‧‧‧交流電源
400‧‧‧電源轉換模組
410‧‧‧第二控制開關
411‧‧‧第二開關
412‧‧‧第二繼電器
500‧‧‧負載
600‧‧‧電能產生裝置
610‧‧‧第三控制開關
700‧‧‧選擇控制模組
710‧‧‧控制面板
720‧‧‧連接裝置
800‧‧‧電量偵測裝置
圖1為本創作實施之系統示意圖。
圖2為本創作實施之另一系統示意圖。
圖3為本創作實施之另一系統示意圖。
100‧‧‧儲能元件
200‧‧‧充電模組
210‧‧‧第一控制開關
300‧‧‧交流電源
400‧‧‧電源轉換模組
410‧‧‧第二控制開關
500‧‧‧負載
600‧‧‧電能產生裝置
610‧‧‧第三控制開關
700‧‧‧選擇控制模組
710‧‧‧控制面板
800‧‧‧電量偵測裝置

Claims (10)

  1. 一種智慧儲能系統，其包括：一儲能元件，用以儲存電能；一充電模組，其接入市電的交流電源，用以轉換電能儲存至該儲能元件，且該充電模組與交流電源連接間設一第一控制開關；一電源轉換模組，其電性連接於該儲能元件，用以轉換該儲能元件的電能至外界的負載，且該電源轉換模組接入市電的交流電源，且該電源轉換模組與交流電源連接間設一第二控制開關；一電能產生裝置，其透過一第三控制開關電性連接於該儲能元件，用以將產生的電能儲存至該儲能元件；及一選擇控制模組，其用以控制該第一控制開關、該第二控制開關及該第三控制開關的斷開與導通。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之智慧儲能系統，其中，該電能產生裝置係為太陽能發電裝置與風力發電裝置其中之一或兩者同時使用。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之智慧儲能系統，其中，該選擇控制模組電性連接一控制面板，用以操控該選擇控制模組。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之智慧儲能系統，其中，該選擇控制模組電性連接一連接裝置。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之智慧儲能系統，其中，該儲能元件電性連接一電量偵測裝置，且將偵測結 果傳給該選擇控制模組。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之智慧儲能系統，其中，該選擇控制模組包含定時模式、平時省電模式及強制充電模式。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之智慧儲能系統，其中，該定時模式係設定由該儲能元件供應電能的時間。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之智慧儲能系統，其中，該平時省電模式係只偵測該儲能元件電量以及有無交流電源，當該儲能元件電量高於設定值，及市電的交流電源無法供電時，由該儲能元件供應電能。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之智慧儲能系統，其中，該強制充電模式優於該定時模式及該平時省電模式，啟動該強制充電模式後，在該儲能元件的電量達到設定值後結束充電。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之智慧儲能系統，其中，該強制充電模式在該儲能元件被充電設定的時間後結束充電。
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