CN103457303A - 具有发电模块的太阳能发电系统及其输出电能控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有发电模块的太阳能发电系统及其输出电能控制方法，该太阳能发电模块包含一太阳能电池组、一开关整合装置以及一接线装置。该太阳能电池组具有多个串联连接的太阳能电池。该开关整合装置包含一控制单元与一开关单元。该接线装置电性连接于该太阳能电池组与该开关整合装置之间，以收集该多个太阳能电池所产生的电能，并传送至该太阳能发电模块的一输出端。其中，该控制单元根据该输出端的电压大小，由一通信单元传送一控制信号所控制，进而控制该开关单元的导通或截止，以使该多个太阳能电池所产生的电能持续或停止传送。
Description
技术领域
本发明有关一种具有发电模块的太阳能发电系统及其输出电能控制方法，尤指一种能够控制持续传送或停止传送电能的具有发电模块的太阳能发电系统及其输出电能控制方法。
背景技术
太阳能光电系统主要是通过太阳能板进行光电转换而产生直流电源，再经由电力调节器将直流电源转换成交流电源以供负载使用或馈入市电的总线与市电同步并联运转。因此，就功能而言，小型分散式发电系统可区分为以下三种类型：(1)独立型(stand-alone system)、(2)市电并联型(grid-connection system)以及(3)混合型(hybrid system)。独立型系统所指的是太阳能光电系统没有与其他电源连结运转，只能直接供给系统所接的负载，所以此系统较适合用于偏远地区或海上孤岛等没有市电供应的地方。负载所有电力来源均为风力或太阳能，太阳能除了能提供负载用电外，则可将多余能量对蓄电池(battery)充电；当太阳能电力瞬间不足以提供负载所需电力时，则由蓄电池提供。市电并联型系统所指的是太阳能光电系统与电力公司网路并联，只要市电电力可正常送达的任何地点均适用此类系统。若太阳能光电系统发电量大于负载需求，则可将多余电力逆潮流馈入市电，反之，当太阳能光电系统发电量不足负载使用时，市电将可供应不足的部分。此外，为了因应电力品质不稳定的问题，而发展出混合型系统。太阳能光电系统于市电停止供电时，通过搭配蓄电池组使用，可立即与市电隔离，形成独立运转供电，以提供短暂电力。等到市电恢复供电时，太阳能光电系统则恢复与市电并联，同时也对蓄电池组进行充电。
由于太阳能发电日渐普及，一般民众会将太阳能板安装在屋顶，以取得最大的日照与吸光效率。并且，与市电连接的太阳能系统，除了在日照下供电给居家使用之外，更能将余电回馈至电网。配合参见图15，为现行太阳能发电系统的方块示意图。如图所示，该太阳能发电系统包含多个太阳能发电模块10_1～10_n。假若每一太阳能发电模块10_1～10_n产生约40伏特的直流电压V1～Vn输出，又若通常该多个太阳能发电模块10_1～10_n为多个串联连接而成，因此，在光强日照下，该太阳能发电系统将产生极高的输出电压Vout，因此，若太阳能发电系统因为不良的操作环境条件，或由于线路老旧、劣化而导致因电性接触产生的电弧(electric arcing)…等等因素所造成故障时，一旦在直流输出端产生开路，其开路电压将高达400伏特(若该多个太阳能发电模块10_1～10_n的数量为10个)，而因高电压造成触电的危险。对目前的太阳能系统而言，当建筑物火灾发生时无法自动降压至零电压，此外，也无法通过解耦方式将该多个串联连接的太阳能发电模块10_1～10_n彼此隔断。也因此，现行的救灾应对策略，通常是等到装有太阳能发电系统的房屋完全烧毁再进行灾后处理，以避免消防队员用水灭火时遭受电击的生命风险。除此之外，在太阳能板安装过程中，若能通过先行隔断每一太阳能模块，如此，将能够使安装作业人员在极低的输出电压下操作，以确保施工人员的生命财产安全。因此，如何设计出一种具有发电模块的太阳能发电系统及其输出电能控制方法，能够通过控制太阳能发电系统停止传送电能，使得太阳能发电系统一旦因为不良的操作环境条件，或由于线路老旧、劣化而导致因电性接触产生的电弧(electric arcing)…等等因素，造成在直流输出端产生高电压而导致火灾发生时，能够提供失火隔离(fire cutting)并进行即时的救灾行动，乃为本案创作人所欲行克服并加以解决的一大课题。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种太阳能发电模块，以克服现有技术的问题。因此本发明的太阳能发电模块包含一太阳能电池组、一开关整合装置以及一接线装置。该太阳能电池组具有多个串联连接的太阳能电池。该开关整合装置包含一控制单元与一开关单元。该开关单元电性连接该控制单元。该接线装置电性连接于该太阳能电池组与该开关整合装置之间，以收集该多个太阳能电池所产生的电能，并传送至该太阳能发电模块的一输出端。其中，该控制单元根据该输出端的电压大小，控制该开关单元的导通或截止，以使该多个太阳能电池所产生的电能持续或停止传送。
本发明的另一目的在于提供一种太阳能发电模块，以克服现有技术的问题。因此本发明的太阳能发电模块包含一太阳能电池组、一电源转换单元、一接线装置、一控制单元以及一通信单元。该太阳能电池组具有多个串联连接的太阳能电池。该电源转换单元具有一开关元件。该接线装置电性连接于该太阳能电池组与该电源转换单元之间，以收集该多个太阳能电池所产生的电能，并传送至该太阳能发电模块的一输出端。该控制单元电性连接该开关元件。该通信单元电性连接该控制单元。其中，根据该输出端的电压大小，该通信单元由一外部主通信装置提供一主控制信号所控制，再传送一控制信号至该控制单元，进而控制该开关元件的导通或截止，以使该多个太阳能电池所产生的电能持续或停止传送。
本发明的再一目的在于提供一种太阳能发电模块，以克服现有技术的问题。因此本发明的太阳能发电模块包含一太阳能电池组、一开关单元、一电源转换单元、一接线装置、一控制单元以及一通信单元。太阳能电池组具有多个串联连接的太阳能电池。该电源转换单元具有一开关元件。该接线装置电性连接于该太阳能电池组与该电源转换单元之间，以收集该多个太阳能电池所产生的电能，并传送至该太阳能发电模块的一输出端。该控制单元电性连接该开关元件。该通信单元电性连接该控制单元。其中，根据该输出端的电压大小，该通信单元由一外部主通信装置提供一主控制信号所控制，再传送一控制信号至该控制单元，进而控制该开关单元与该开关元件的导通或截止，以使该多个太阳能电池所产生的电能持续或停止传送。
本发明的再另一目的在于提供一种太阳能发电系统，以克服现有技术的问题。因此本发明的太阳能发电系统包含多个太阳能发电模块与一主通信装置。该多个太阳能发电模块彼此电性串联连接。每一该太阳能发电模块包含一太阳能电池组、一开关整合装置以及一接线装置。该太阳能电池组具有多个串联连接的太阳能电池。该开关整合装置包含一控制单元与一开关单元。该开关单元电性连接该控制单元。该接线装置电性连接于该太阳能电池组与该开关整合装置之间，以收集该多个太阳能电池所产生的电能，并传送至该太阳能发电模块的一输出端。该主通信装置连接至每一该太阳能发电模块的该开关整合装置，并根据每一该输出端电压的大小，控制该开关单元的导通或截止，以使该多个太阳能电池所产生的电能持续或停止传送。
本发明的再另一目的在于提供一种太阳能发电系统，以克服现有技术的问题。因此本发明的太阳能发电系统包含多个太阳能发电模块与一主通信装置。该多个太阳能发电模块彼此电性串联连接。每一该太阳能发电模块包含一太阳能电池组、一电源转换单元、一接线装置、一控制单元以及一通信单元。该太阳能电池组具有多个串联连接的太阳能电池。该电源转换单元具有一开关元件。该接线装置电性连接于该太阳能电池组与该电源转换单元之间，以收集该多个太阳能电池所产生的电能，并传送至该太阳能发电模块的一输出端。该控制单元电性连接该开关元件。该通信单元电性连接该控制单元，对该控制单元提供有线或无线通信。该主通信装置连接至每一该太阳能发电模块的该通信单元，并根据每一该输出端电压的大小，控制该开关元件的导通或截止，以使该多个太阳能电池所产生的电能持续或停止传送。
本发明的再另一目的在于提供一种太阳能发电系统，以克服现有技术的问题。因此本发明的太阳能发电系统包含多个太阳能发电模块与一主通信装置。该多个太阳能发电模块彼此电性串联连接。每一该太阳能发电模块包含一太阳能电池组、一开关单元、一电源转换单元、一接线装置、一控制单元以及一通信单元。该太阳能电池组具有多个串联连接的太阳能电池。该电源转换单元具有一开关元件。该接线装置电性连接于该太阳能电池组与该电源转换单元之间，以收集该多个太阳能电池所产生的电能，并传送至该太阳能发电模块的一输出端。该控制单元电性连接该开关元件。该通信单元电性连接该控制单元，对该控制单元提供有线或无线通信。该主通信装置连接至每一该太阳能发电模块的该通信单元，并根据每一该输出端电压的大小，控制该开关元件的导通或截止，以使该多个太阳能电池所产生的电能持续或停止传送。
本发明的再另一目的在于提供一种太阳能发电系统的输出电能控制方法，以克服现有技术的问题。因此本发明太阳能发电系统的输出电能控制方法的步骤包含：首先，(a)提供多个太阳能发电模块；该多个太阳能发电模块彼此电性串联连接，并且，每一太阳能发电模块具有多个串联连接的太阳能电池；(b)提供设置于该太阳能发电模块中的一开关整合装置；该开关整合装置具有一控制单元与一开关单元；(c)提供设置于该太阳能发电模块中的一接线装置；该接线装置电性连接于该太阳能电池组与该开关整合装置之间，以收集该多个太阳能电池所产生的电能，并传送至该太阳能发电模块的一输出端；以及(d)该控制单元根据该输出端电压的大小，以控制该开关单元的导通或截止，以使该多个太阳能电池所产生的电能持续或停止传送。
为了能更进一步了解本发明为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
附图说明
图1为本发明太阳能发电模块第一实施例的电路方块示意图；
图2为本发明太阳能发电模块第二实施例的电路方块示意图；
图3为本发明太阳能发电模块第三实施例的电路方块示意图；
图4为本发明太阳能发电模块第四实施例的电路方块示意图；
图5为本发明太阳能发电模块第五实施例的电路方块示意图；
图6为本发明太阳能发电模块第六实施例的电路方块示意图；
图7为本发明太阳能发电模块第七实施例的电路方块示意图；
图8为本发明太阳能发电模块第八实施例的电路方块示意图；
图9A为本发明太阳能发电模块第九实施例的电路方块示意图；
图9B为本发明太阳能发电模块第十实施例的电路方块示意图；
图10A为本发明太阳能发电模块第十一实施例的电路方块示意图；
图10B为本发明太阳能发电模块第十二实施例的电路方块示意图；
图11A为本发明太阳能发电模块第十三实施例的电路方块示意图；
图11B为本发明太阳能发电模块第十四实施例的电路方块示意图；
图12A为本发明太阳能发电模块第十五实施例的电路方块示意图；
图12B为本发明太阳能发电模块第十六实施例的电路方块示意图；
图13为本发明具有发电模块的太阳能发电系统的方块示意图；
图14为本发明具有发电模块的太阳能发电系统的输出电能控制方法的流程图；及
图15为现行太阳能发电系统的方块示意图。
其中，附图标记说明如下：
﹝现有技术﹞
10_1～10_n太阳能发电模块；
V1～Vn模块输出电压；
Vout系统输出电压；
﹝本发明﹞
10太阳能发电模块；
20太阳能发电模块；
30太阳能发电模块；
10_1～10_n太阳能发电模块；
100太阳能电池组；
200开关整合装置；
2002控制单元；
2004开关单元；
2006继电器；
2008硅控整流器；
2010通信单元；
300接线装置；
400电源转换单元；
402开关元件；
404开关元件；
500控制单元；
600通信单元；
700开关单元；
50主通信装置；
S1～Sn主控制信号；
V1～Vn模块输出电压；
Vout系统输出电压；
S100～S400步骤。
具体实施方式
兹有关本发明的技术内容及详细说明，配合图式说明如下：
请参见图1为本发明太阳能发电模块第一实施例的电路方块示意图。该太阳能发电模块10包含一太阳能电池组100、一开关整合装置200以及一接线装置300。该太阳能电池组100具有多个串联连接的太阳能电池(未标示)，就本实施例而言，该多个太阳能电池的数量为三组。该开关整合装置200包含一控制单元2002、一开关单元2004以及一通信单元2010。就本实施例而言，该开关单元2004可为金属氧化物半导体场效晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)，但不以此为限，只要能够达到开关作用的等效元件，应包含于本发明的范畴中。该接线装置300电性连接于该太阳能电池组100与该开关整合装置200之间，以收集该多个太阳能电池所产生的电能，并传送至该太阳能发电模块10的输出端。其中，该控制单元2002控制该开关单元2004的导通或截止，以控制该多个太阳能电池所产生的电能持续或停止传送。再者，该通信单元2010电性连接该控制单元2002，以对该控制单元2010提供有线或无线通信，进而控制该开关单元2002的导通或截止，其中，可采行的无线通信方式可为ZigBee通信协定、Wi-Fi通信协定或蓝芽(blue tooth)通信协定进行无线通信；另外，可采行的有线通信方式可为乙太网路(Ethernet)通信协定进行有线通信，但不以此为限。并且，为了提供该通信单元2010所需的电力，该太阳能发电模块10更进一步包含与该通信单元2010电性连接的一辅助电力单元(未图示)。此外，该接线装置300由旁路二极管(bypass diode)串联连接所组成，主要是为了对应阴影遮蔽(shading)造成的热点(hot spot)影响。
值得一提，在第一实施例中，该开关单元2004与该接线装置300的输出端串联连接；当该控制单元2002控制该开关单元2004导通时，该太阳能发电模块10持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；反之，当该控制单元2002控制该开关单元2004截止时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
请参见图2为本发明太阳能发电模块第二实施例的电路方块示意图。第二实施例与第一实施例最大差异在于该开关单元2004与该接线装置300的输出端串联连接的位置不同。但由于该开关单元2004与该接线装置300的输出端仍为串联连接，因此，当该控制单元2002控制该开关单元2004导通时，该太阳能发电模块10持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；反之，当该控制单元2002控制该开关单元2004截止时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
请参见图3为本发明太阳能发电模块第三实施例的电路方块示意图。第三实施例与第一实施例最大差异在于该开关单元2004与该接线装置300的输出端并联连接。因此，当该控制单元2002控制该开关单元2004截止时，该太阳能发电模块10持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元2002控制该开关单元2004导通时，该太阳能发电模块10停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。此外，在本实施例中，以n通道MOSFET做为该控制单元2002为例，在该开关单元2004的漏极通常电性串联两个二极管元件，然后才再与该接线装置300的输出端并联连接，以对应该太阳能电池组10的电性连接所形成正负极性的顺向导通(逆向截止)特性。如此，除了确保导通电流方向外，当该开关单元2004与该多个二极管元件顺向导通时，由于该多个二极管元件所提供的顺向电压，能够提供维持该开关单元2004、该控制单元500以及该通信单元600持续导通所需的电压。值得一提，由于该太阳能发电模块内部具有限流保护机制(未图示)，因此，可通过将并联连接的开关单元2004导通短路，使得该太阳能发电模块的输出电压几近为该多个二极管元件的顺向电压。
请参见图4为本发明太阳能发电模块第四实施例的电路方块示意图。第四实施例与第三实施例最大差异在于该开关整合装置200无需使用该控制单元2002与该通信单元2010，仅通过使用一继电器2006与该开关单元2004串联连接，再与一分压电阻串(未标示)以及一开关元件(未标示)电性连接，即可在不需要使用该控制单元2002与该通信单元2010下，达到如第三实施例的功效。亦即，当该分压电阻串将外部电压经过分压后，所得的分压电压无法导通该开关单元2004时，该太阳能发电模块10持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；反之，当该分压电阻串将外部电压经过分压后，所得的分压电压足以导通该开关单元2004时，就能够对该继电器200激磁，使得该开关单元2004持续导通，进而使该太阳能发电模块10停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
请参见图5为本发明太阳能发电模块第五实施例的电路方块示意图。第五实施例与第三实施例最大差异在于该开关整合装置200无需使用该控制单元2002与该通信单元2010，并且可利用一硅控整流器2008来替代该开关单元2004，并且通过一驱动电路(未标示)来驱动控制，即可在不需要使用该控制单元2002与该通信单元2010下，达到如第三实施例的功效。亦即，利用该硅控整流器2008的元件特性，并配合该驱动电路予以驱动控制，以达到控制该硅控整流器2008的导通与截止。当该硅控整流器2008截止时，该太阳能发电模块10持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该硅控整流器2008导通时，该太阳能发电模块10停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
请参见图6为本发明太阳能发电模块第六实施例的电路方块示意图。第六实施例与第三实施例最大差异在于该开关单元2004的数量与该太阳能电池的数量相等，就第六实施例来说，该多个开关单元2004_1～2004_3分别与该太阳能电池对应并联连接，因此，可通过该控制单元2002分别对该多个开关单元2004_1～2004_3加以控制，以调控该太阳能发电模块10所输出该多个太阳能电池所产生的电能大小。亦即，当该多个开关单元2004_1～2004_3皆截止时，该太阳能发电模块持续并完全输出该多个太阳能电池所产生的电能；当该多个开关单元2004_1～2004_3皆导通时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。此外，当该开关单元2004_1为截止时，且其余该多个开关单元2004_2～2004_3皆导通时，该太阳能发电模块持续并仅输出第一太阳能电池所产生的电能，而停止传送第二、第三太阳能电池所产生的电能。其余该多个开关单元2004_2～2004_3的截止与导通，对应到该多个太阳能电池所产生的电能持续传送与停止传送的关系，则依此类推，再此不再赘述。
请参见图7为本发明太阳能发电模块第七实施例的电路方块示意图。该太阳能发电模块20包含一太阳能电池组100、一电源转换单元400、一接线装置300、一控制单元500以及一通信单元600。该太阳能电池组100具有多个串联连接的太阳能电池(未标示)，就本实施例而言，该多个太阳能电池的数量为三组。该电源转换单元400具有一开关元件402。该接线装置300电性连接于该太阳能电池组100与该电源转换单元400之间，以收集该多个太阳能电池所产生的电能，并传送至该太阳能发电模块20的输出端。该通信单元600电性连接该控制单元500，并对该控制单元500提供有线或无线通信，以控制该开关元件402的导通或截止，进而控制该多个太阳能电池所产生的电能持续或停止传送。其中，可采行的无线通信方式可为ZigBee通信协定、Wi-Fi通信协定或蓝芽(blue tooth)通信协定进行无线通信；另外，可采行的有线通信方式可为乙太网路(Ethernet)通信协定进行有线通信，但不以此为限。此外，为了提供该通信单元600所需的电力，该太阳能发电模块20更进一步包含与该通信单元600电性连接的一辅助电力单元(未图示)。值得一提，该电源转换单元400具有实现该太阳能发电模块20最大功率点追踪(maximum power point tracking，MPPT)的功能，以控制该太阳能发电模块20的直流电压与直流电流操作在最大功率的工作点，进而达到最大电能输出。再者，当该电源转换单元400的该开关元件402在进行电源转换的切换动作时，若因太阳能发电系统发生紧急状况而需要停止传送该多个太阳能电池所产生的电能时，经过该通信单元600对该控制单元500提供通信，以控制该开关元件402导通或截止的动作优先权高于该开关元件402电源转换的切换动作，亦即，当太阳能发电系统发生紧急状况时，该开关元件402优先做为处理停止传送该多个太阳能电池所产生电能之用。就本实施例而言，该电源转换单元400为一降压电源转换器(buck converter)，因此，该开关元件402串联连接该接线装置300的输出端。该通信单元600对该控制单元500提供通信，当该控制单元500控制该开关元件402导通时，该太阳能发电模块20持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元500控制该开关元件402截止时，该太阳能发电模块20停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。亦即，在本实施例中，通过利用该降压电源转换器(buck converter)的电路架构(topology)，使得该开关元件402串联连接该接线装置300的输出端，因此，无需再增加额外的开关元件，就能够达到控制该多个太阳能电池所产生的电能持续或停止传送。
请参见图8为本发明太阳能发电模块第八实施例的电路方块示意图。第八实施例与第七实施例最大差异在于该电源转换单元400为一升压电源转换器(boost converter)，因此，该开关元件404并联连接该接线装置300的输出端。该通信单元600对该控制单元500提供通信，当该控制单元500控制该开关元件404截止时，该太阳能发电模块20持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元500控制该开关元件404导通时，该太阳能发电模块20停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。亦即，在本实施例中，通过利用该升压电源转换器(boost converter)的电路架构(topology)，使得该开关元件404并联连接该接线装置300的输出端，因此，无需再增加额外的开关元件，就能够达到控制该多个太阳能电池所产生的电能持续或停止传送。
请参见图9A为本发明太阳能发电模块第九实施例的电路方块示意图。该太阳能发电模块30包含一太阳能电池组100、一开关单元700、一电源转换单元400、一接线装置300、一控制单元500以及一通信单元600。该太阳能电池组100具有多个串联连接的太阳能电池(未标示)，就本实施例而言，该多个太阳能电池的数量为三组。该电源转换单元400具有一开关元件402。该接线装置300电性连接于该太阳能电池组100与该电源转换单元400之间，以收集该多个太阳能电池所产生的电能，并传送至该太阳能发电模块30的输出端。该通信单元600电性连接该控制单元500，并对该控制单元500提供有线或无线通信，以控制该开关单元700与该开关元件402的导通或截止，进而控制该多个太阳能电池所产生的电能持续或停止传送。其中，可采行的无线通信方式可为ZigBee通信协定、Wi-Fi通信协定或蓝芽(blue tooth)通信协定进行无线通信；另外，可采行的有线通信方式可为乙太网路(Ethernet)通信协定进行有线通信，但不以此为限。此外，为了提供该通信单元600所需的电力，该太阳能发电模块20更进一步包含与该通信单元600电性连接的一辅助电力单元(未图示)。
就本实施例而言，该电源转换单元400为一降压电源转换器(buckconverter)，因此，该开关元件402串联连接该接线装置300的输出端；并且，该开关单元700串联连接于该电源转换单元400的输出端。该通信单元600对该控制单元500提供通信，当该控制单元500控制该开关元件402导通，并且同时控制该开关单元700导通时，该太阳能发电模块30持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元500控制该开关元件402截止或控制该开关单元700截止时，该太阳能发电模块30停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。配合图9A所示，该开关单元700设置于该太阳能发电模块30输出端的负极；值得一提，该开关单元700亦可设置于该太阳能发电模块30输出端的正极，为本发明的另一实施方式(未图示)。
请参见图9B为本发明太阳能发电模块第十实施例的电路方块示意图。第十实施例与第九实施例最大差异在于该开关单元700串联连接于该接线装置300的输出端。换言之，虽然该开关单元700设置的位置不同，但能够达到与第九实施例等效的电气功效。此外，配合图9B所示，该开关单元700设置于该相对该太阳能发电模块30输出端负极的该接线装置300输出端；值得一提，该开关单元700亦可设置于该相对该太阳能发电模块30输出端正极的该接线装置300输出端，为本发明的另一实施方式(未图示)。
请参见图10A为本发明太阳能发电模块第十一实施例的电路方块示意图。第十一实施例与第九实施例最大差异在于该开关单元700并联连接于该电源转换单元400的输出端。因此，该通信单元600对该控制单元500提供通信，当该控制单元500控制该开关元件402导通，并且同时控制该开关单元700截止时，该太阳能发电模块30持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元500控制该开关元件402截止或控制该开关单元700导通时，该太阳能发电模块30停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
请参见图10B为本发明太阳能发电模块第十二实施例的电路方块示意图。第十二实施例与第十一实施例最大差异在于该开关单元700并联连接于该接线装置300的输出端。换言之，虽然该开关单元700设置的位置不同，但能够达到与第十一实施例等效的电气功效。
请参见图11A为本发明太阳能发电模块第十三实施例的电路方块示意图。第十三实施例与第九实施例最大差异在于该电源转换单元400为一升压电源转换器(boost converter)，因此，该开关元件404并联连接该接线装置300的输出端。该通信单元600对该控制单元500提供通信，当该控制单元500控制该开关元件404截止，并且同时控制该开关单元700导通时，该太阳能发电模块30持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元500控制该开关元件404导通或控制该开关单元700截止时，该太阳能发电模块30停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
请参见图11B为本发明太阳能发电模块第十四实施例的电路方块示意图。第十四实施例与第十三实施例最大差异在于该开关单元700串联连接于该接线装置300的输出端。换言之，虽然该开关单元700设置的位置不同，但能够达到与第十三实施例等效的电气功效。此外，配合图11B所示，该开关单元700设置于该相对该太阳能发电模块30输出端负极的该接线装置300输出端；值得一提，该开关单元700亦可设置于该相对该太阳能发电模块30输出端正极的该接线装置300输出端，为本发明的另一实施方式(未图示)。
请参见图12A为本发明太阳能发电模块第十五实施例的电路方块示意图。第十五实施例与第十三实施例最大差异在于该开关单元700并联连接于该电源转换单元400的输出端。因此，该通信单元600对该控制单元500提供通信，当该控制单元500控制该开关元件404截止，并且同时控制该开关单元700截止时，该太阳能发电模块30持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元500控制该开关元件404导通或控制该开关单元700导通时，该太阳能发电模块30停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
请参见图12B为本发明太阳能发电模块第十六实施例的电路方块示意图。第十六实施例与第十五实施例最大差异在于该开关单元700并联连接于该接线装置300的输出端。换言之，虽然该开关单元700设置的位置不同，但能够达到与第十五实施例等效的电气功效。
请参见图13为本发明具有发电模块的太阳能发电系统的方块示意图。如图所示，该太阳能发电系统包含多个太阳能发电模块10_1～10_n与一主通信装置50。该多个太阳能发电模块彼此电性串联连接，并且，每一该太阳能发电模块对应地产生一模块输出电压V1～Vn，因此，该太阳能发电系统所能提供的一系统输出电压Vout大小，则为该多个模块输出电压V1～Vn的总和。
每一该太阳能发电模块包含一太阳能电池组、一开关整合装置、一接线装置以及一通信单元(未图示)。惟，该多个装置的电路连接方式与电路架构可配合参见前述实施例的说明。值得一提，该主通信装置50操作性连接至每一该太阳能发电模块的该开关整合装置，并根据每一该太阳能发电模块的该输出端电压V1～Vn大小，控制该开关单元的导通或截止，进而控制持续传送或停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。换言之，若当太阳能发电系统因为不良的操作环境条件，或由于线路老旧、劣化而导致因电性接触产生的电弧(electric arcing)…等等因素所造成故障，而造成在直流输出端产生开路高电压时，该主通信装置50则同步地提供所对应的主控制信号S1～Sn，并根据该太阳能发电模块内部装置与元件的电路架构的特性，对该开关单元提供导通或截止，使得通过解耦方式将该多个串联连接的太阳能发电模块10_1～10_n彼此隔断，进而控制停止传送该多个太阳能电池所产生的电能，使得太阳能发电系统因为不良的操作环境条件，或由于线路老旧、劣化而导致因电性接触产生的电弧(electric arcing)…等等因素，造成在直流输出端产生高电压而导致火灾发生时，能够提供失火隔离(fire cutting)并进行即时的救灾行动。反之，一旦太阳能发电系统的操作环境条件改善或复原，或线路老旧、劣化问题克服时，该主通信装置50则同步地提供所对应的主控制信号S1～Sn，并根据该太阳能发电模块内部装置与元件的电路架构的特性，对该开关单元提供导通或截止，使得该多个太阳能发电模块10_1～10_n再度串联连接供电，进而控制持续传送该多个太阳能电池所产生的电能。其中，上述该主控制信号S1～Sn于太阳能发电系统发生异常状况发生时，为一警告信号，用以执行该多个太阳能发电模块10_1～10_n解耦操作；反之，于太阳能发电系统发生异常状况排除时，为一复归信号，用以执行该多个太阳能发电模块10_1～10_n重新连结操作。
请参见图14为本发明具有发电模块的太阳能发电系统的输出电能控制方法的流程图。该太阳能发电系统的输出电能控制方法的步骤包含：首先，提供多个太阳能发电模块；该多个太阳能发电模块彼此电性串联连接，并且，每一太阳能发电模块具有多个串联连接的太阳能电池(S100)。然后，提供设置于该太阳能发电模块中的一开关整合装置；该开关整合装置具有一控制单元与一开关单元(S200)。然后，提供设置于该太阳能发电模块中的一接线装置；该接线装置电性连接于该太阳能电池组与该开关整合装置之间，以收集该多个太阳能电池所产生的电能，并传送至该太阳能发电模块的一输出端(S300)。最后，该控制单元根据该输出端电压的大小，以控制该开关单元的导通或截止，进而控制持续传送或停止传送该多个太阳能电池所产生的电能(S400)。
该开关单元与该接线装置的输出端并联连接；当该控制单元控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
此外，该开关单元与该接线装置的输出端串联连接；当该控制单元控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
在步骤(S200)中，该开关整合装置还包含一通信单元与一辅助电力单元。该通信单元电性连接该控制单元，以对该控制单元提供有线或无线通信，进而控制该开关单元的导通或截止。该辅助电力单元电性连接该通信单元，以提供该通信单元所需的电力。
该开关单元与该接线装置的输出端并联连接；该通信单元对该控制单元提供通信，当该控制单元控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
此外，该开关单元与该接线装置的输出端串联连接；该通信单元对该控制单元提供通信，当该控制单元控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
惟，以上所述，仅为本发明较佳具体实施例的详细说明与图式，惟本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以所述的申请专利权利要求范围为准，凡合于本发明申请专利权利要求范围的精神与其类似变化的实施例，皆应包含于本发明的范畴中，任何本领域技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在本案的专利权利要求范围。
Claims (38)
1.一种太阳能发电模块，包含：
一太阳能电池组，具有多个串联连接的太阳能电池；
一开关整合装置，包含：
一控制单元；
一开关单元，电性连接该控制单元；及
一接线装置，电性连接于该太阳能电池组与该开关整合装置之间，以收集该多个太阳能电池所产生的电能，并传送至该太阳能发电模块的一输出端；
其中，该控制单元根据该输出端的电压大小，控制该开关单元的导通或截止，以使该多个太阳能电池所产生的电能持续或停止传送。
2.如权利要求1所述的太阳能发电模块，其中该开关整合装置还包含：
一通信单元，电性连接该控制单元与该开关单元；根据该输出端的电压大小，该通信单元由一外部主通信装置提供一主控制信号所控制，再传送一控制信号至该控制单元，进而控制该开关单元的导通或截止；及
一辅助电力单元，电性连接该通信单元，以提供该通信单元所需的电力。
3.如权利要求1所述的太阳能发电模块，其中该开关单元与该接线装置的一输出端并联连接；当该控制单元控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
4.如权利要求1所述的太阳能发电模块，其中该开关单元与该接线装置的一输出端串联连接；当该控制单元控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
5.如权利要求2所述的太阳能发电模块，其中该开关单元与该接线装置的一输出端并联连接；当该控制单元控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
6.如权利要求2所述的太阳能发电模块，其中该开关单元与该接线装置的一输出端串联连接；当该控制单元控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
7.一种太阳能发电模块，包含：
一太阳能电池组，具有多个串联连接的太阳能电池；
一电源转换单元，具有一开关元件；
一接线装置，电性连接于该太阳能电池组与该电源转换单元之间，以收集该多个太阳能电池所产生的电能，并传送至该太阳能发电模块的一输出端；
一控制单元，电性连接该开关元件；及
一通信单元，电性连接该控制单元；
其中，根据该输出端的电压大小，该通信单元由一外部主通信装置提供一主控制信号所控制，再传送一控制信号至该控制单元，进而控制该开关元件的导通或截止，以使该多个太阳能电池所产生的电能持续或停止传送。
8.如权利要求7所述的太阳能发电模块，其中该太阳能发电模块还包含：
一辅助电力单元，电性连接该通信单元，以提供该通信单元所需的电力。
9.如权利要求7所述的太阳能发电模块，其中该电源转换单元为一升压电源转换器，并且该开关元件并联连接该接线装置的一输出端；当该控制单元控制该开关元件截止时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关元件导通时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
10.如权利要求8所述的太阳能发电模块，其中该电源转换单元为一降压电源转换器，并且该开关元件串联连接该接线装置的一输出端；当该控制单元控制该开关元件导通时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关元件截止时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
11.一种太阳能发电模块，包含：
一太阳能电池组，具有多个串联连接的太阳能电池；
一开关单元；
一电源转换单元，具有一开关元件；
一接线装置，电性连接于该太阳能电池组与该电源转换单元之间，以收集该多个太阳能电池所产生的电能，并传送至该太阳能发电模块的一输出端；
一控制单元，电性连接该开关元件；及
一通信单元，电性连接该控制单元；
其中，根据该输出端的电压大小，该通信单元由一外部主通信装置提供一主控制信号所控制，再传送一控制信号至该控制单元，进而控制该开关单元与该开关元件的导通或截止，以使该多个太阳能电池所产生的电能持续或停止传送。
12.如权利要求11所述的太阳能发电模块，其中该太阳能发电模块还包含：
一辅助电力单元，电性连接该通信单元，以提供该通信单元所需的电力。
13.如权利要求11所述的太阳能发电模块，其中该电源转换单元为一升压电源转换器，该开关元件并联连接该接线装置的一输出端，并且该开关单元并联连接于该电源转换单元的一输出端；当该控制单元控制该开关元件截止，并且同时控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关元件导通或控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
14.如权利要求11所述的太阳能发电模块，其中该电源转换单元为一升压电源转换器，该开关元件并联连接该接线装置的一输出端，并且该开关单元串联连接于该电源转换单元的一输出端；当该控制单元控制该开关元件截止，并且同时控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关元件导通或控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
15.如权利要求11所述的太阳能发电模块，其中该电源转换单元为一降压电源转换器，该开关元件串联连接该接线装置的一输出端，并且该开关单元并联连接于该电源转换单元的一输出端；当该控制单元控制该开关元件导通，并且同时控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关元件截止或控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
16.如权利要求11所述的太阳能发电模块，其中该电源转换单元为一降压电源转换器，该开关元件串联连接该接线装置的一输出端，并且该开关单元串联连接于该电源转换单元的一输出端；当该控制单元控制该开关元件导通，并且同时控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关元件截止或控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
17.一种太阳能发电系统，包含：
多个太阳能发电模块，该多个太阳能发电模块彼此电性串联连接，其中，每一该太阳能发电模块包含：
一太阳能电池组，具有多个串联连接的太阳能电池；
一开关整合装置，包含：
一控制单元；
一开关单元，电性连接该控制单元；及
一接线装置，电性连接于该太阳能电池组与该开关整合装置之间，以收集该多个太阳能电池所产生的电能，并传送至该太阳能发电模块的一输出端；及
一主通信装置，连接至每一该太阳能发电模块的该开关整合装置，并根据每一该输出端电压的大小，控制该开关单元的导通或截止，以使该多个太阳能电池所产生的电能持续或停止传送。
18.如权利要求17所述的太阳能发电系统，其中该开关整合装置还包含：
一通信单元，电性连接该控制单元与该开关单元，以对该控制单元提供有线或无线通信，进而控制该开关单元的导通或截止；及
一辅助电力单元，电性连接该通信单元，以提供该通信单元所需的电力。
19.如权利要求17所述的太阳能发电系统，其中该开关单元与该接线装置的一输出端并联连接；当该控制单元控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
20.如权利要求17所述的太阳能发电系统，其中该开关单元与该接线装置的一输出端串联连接；当该控制单元控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
21.如权利要求18所述的太阳能发电系统，其中该开关单元与该接线装置的一输出端并联连接；当该控制单元控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
22.如权利要求18所述的太阳能发电系统，其中该开关单元与该接线装置的一输出端串联连接；当该控制单元控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
23.一种太阳能发电系统，包含：
多个太阳能发电模块，该多个太阳能发电模块彼此电性串联连接，其中，每一该太阳能发电模块包含：
一太阳能电池组，具有多个串联连接的太阳能电池；
一电源转换单元，具有一开关元件；
一接线装置，电性连接于该太阳能电池组与该电源转换单元之间，以收集该多个太阳能电池所产生的电能，并传送至该太阳能发电模块的一输出端；
一控制单元，电性连接该开关元件；及
一通信单元，电性连接该控制单元，对该控制单元提供有线或无线通信；及
一主通信装置，连接至每一该太阳能发电模块的该通信单元，并根据每一该输出端电压的大小，控制该开关元件的导通或截止，以使该多个太阳能电池所产生的电能持续或停止传送。
24.如权利要求23所述的太阳能发电系统，其中该太阳能发电模块还包含：
一辅助电力单元，电性连接该通信单元，以提供该通信单元所需的电力。
25.如权利要求23所述的太阳能发电系统，其中该电源转换单元为一升压电源转换器，并且该开关元件并联连接该接线装置的一输出端；当该控制单元控制该开关元件截止时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关元件导通时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
26.如权利要求24所述的太阳能发电系统，其中该电源转换单元为一降压电源转换器，并且该开关元件串联连接该接线装置的一输出端；当该控制单元控制该开关元件导通时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关元件截止时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
27.一种太阳能发电系统，包含：
多个太阳能发电模块，该多个太阳能发电模块彼此电性串联连接，其中，每一该太阳能发电模块包含：
一太阳能电池组，具有多个串联连接的太阳能电池；
一开关单元；
一电源转换单元，具有一开关元件；
一接线装置，电性连接于该太阳能电池组与该电源转换单元之间，以收集该多个太阳能电池所产生的电能，并传送至该太阳能发电模块的一输出端；
一控制单元，电性连接该开关元件；及
一通信单元，电性连接该控制单元，对该控制单元提供有线或无线通信；及
一主通信装置，连接至每一该太阳能发电模块的该通信单元，并根据每一该输出端电压的大小，控制该开关单元与该开关元件的导通或截止，以使该多个太阳能电池所产生的电能持续或停止传送。
28.如权利要求27所述的太阳能发电模块，其中该太阳能发电模块还包含：
一辅助电力单元，电性连接该通信单元，以提供该通信单元所需的电力。
29.如权利要求27所述的太阳能发电模块，其中该电源转换单元为一升压电源转换器，该开关元件并联连接该接线装置的一输出端，并且该开关单元并联连接于该电源转换单元的一输出端时；当该控制单元控制该开关元件截止，并且同时控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关元件导通或控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
30.如权利要求27所述的太阳能发电模块，其中该电源转换单元为一升压电源转换器，该开关元件并联连接该接线装置的一输出端，并且该开关单元串联连接于该电源转换单元的一输出端时；当该控制单元控制该开关元件截止，并且同时控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关元件导通或控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
31.如权利要求27所述的太阳能发电模块，其中该电源转换单元为一降压电源转换器，该开关元件串联连接该接线装置的一输出端，并且该开关单元并联连接于该电源转换单元的一输出端时；当该控制单元控制该开关元件导通，并且同时控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关元件截止或控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
32.如权利要求27所述的太阳能发电模块，其中该电源转换单元为一降压电源转换器，该开关元件串联连接该接线装置的一输出端，并且该开关单元串联连接于该电源转换单元的一输出端时；当该控制单元控制该开关元件导通，并且同时控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关元件截止或控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
33.一种太阳能发电系统的输出电能控制方法，该控制方法的步骤包含：
(a)提供多个太阳能发电模块；该多个太阳能发电模块彼此电性串联连接，并且，每一太阳能发电模块具有多个串联连接的太阳能电池；
(b)提供设置于该太阳能发电模块中的一开关整合装置；该开关整合装置具有一控制单元与一开关单元；
(c)提供设置于该太阳能发电模块中的一接线装置；该接线装置电性连接于该太阳能电池组与该开关整合装置之间，以收集该多个太阳能电池所产生的电能，并传送至该太阳能发电模块的一输出端；及
(d)该控制单元根据该输出端电压的大小，以控制该开关单元的导通或截止，以使该多个太阳能电池所产生的电能持续或停止传送。
34.如权利要求33所述的输出电能控制方法，其中该开关整合装置还包含：
一通信单元，电性连接该控制单元与该开关单元；根据该输出端的电压大小，该通信单元由一外部主通信装置提供一主控制信号所控制，再传送一控制信号至该控制单元，进而控制该开关单元的导通或截止；及
一辅助电力单元，电性连接该通信单元，以提供该通信单元所需的电力。
35.如权利要求33所述的输出电能控制方法，其中该开关单元与该接线装置的一输出端并联连接；当该控制单元控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
36.如权利要求33所述的输出电能控制方法，其中该开关单元与该接线装置的一输出端串联连接；当该控制单元控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
37.如权利要求34所述的输出电能控制方法，其中该开关单元与该接线装置的一输出端并联连接；当该控制单元控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
38.如权利要求34所述的输出电能控制方法，其中该开关单元与该接线装置的一输出端串联连接；当该控制单元控制该开关单元导通时，该太阳能发电模块持续传送该多个太阳能电池所产生的电能；当该控制单元控制该开关单元截止时，该太阳能发电模块停止传送该多个太阳能电池所产生的电能。
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