CN103888073B - 太阳能模块及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种太阳能模块及其控制方法。太阳能模块包含太阳能板、识别单元以及控制单元。太阳能板用以将接收的光能转换为输出电能。输出电能具有相应的输出电压及输出功率。识别单元包含天线以及相应太阳能模块的标识，其中天线电性耦接标识。控制单元电性耦接于太阳能板及识别单元之间，且用以接收输出电压并根据输出功率是否位于预设范围决定致能或者禁能天线。

Description

太阳能模块及其控制方法

技术领域

本发明是关于一种太阳能模块及其控制方法，且特别是有关于一种具有识别单元的太阳能模块及其控制方法。

背景技术

请参照图1，图1绘示传统的一种太阳能发电系统100的示意图。太阳能发电系统100包含太阳能数组110和直流/交流逆变器（DC/ACInverter）120。太阳能数组110将接收的光能转换为电能并将电能提供给直流/交流逆变器120。直流/交流逆变器120将接收的电能转换成交流电后，再提供交流电给交流负载130或是并入市电140。

太阳能数组110包含多个太阳能板111。由于每个太阳能板111可提供的电压不大，因此传统的做法是将多个太阳能板111串联成一个太阳能板串行110a，用以提高输出的电压值。接着，再通过并联多个太阳能板串行110a形成太阳能数组110，用以增加太阳能发电系统100的发电量。

当太阳能板串行110a中的一个太阳能板111的输出功率发生异常时（如：发生遮阴或是损坏等情况），会造成太阳发电系统的发电效率降低。由于太阳能板串行110a中每个太阳能板111彼此串联，使得每个太阳能板111输出的电流皆相同，因此传统的检测方法必须逐一对每一个太阳能板111的输出端和输入端进行测量，以追查太阳能板111是否发生异常。

在大型的太阳能发电站中，其输出功率可能是百万瓦以上的等级。因此，这些发电站中配置了大量的太阳能板串行。然而，若是利用传统的检测方法，则无法迅速且有效地检测发生异常的太阳能板。换句话说，传统的检测方式不仅费时、费工，也会影响到太阳能发电系统运作的效能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明揭示一种太阳能模块以及其控制方法，借以减少检测太阳能板的时间，使得太阳能发电系统的运作更有效率。

本揭示内容的一实施例是关于一种太阳能模块。太阳能模块对应一读取装置。太阳能模块包含太阳能板、识别单元以及控制单元。太阳能板用以将接收的光能转换为输出电能。输出电能具有相应的输出电压及输出功率。识别单元包含天线以及相应太阳能模块的标识，其中天线电性耦接标识。控制单元电性耦接于太阳能板及识别单元之间，且用以接收输出电压并根据输出功率是否位于预设范围决定致能或者禁能天线。

根据本发明一实施例，当所述输出功率位于所述预设范围内时，所述控制单元致能所述天线。所述读取装置通过所述天线接收所述标识的相应信号。当所述输出功率位于所述预设范围之外时，所述控制单元禁能所述天线。

根据本发明一实施例，所述控制单元更用以比较所述输出电压与第一电压以及比较所述输出电压与所述第二电压，并且根据比较的结果决定所述输出功率是否位于所述预设范围。当所述输出电压大于或等于第一电压且小于或等于第二电压时，所述控制单元判断所述输出功率位于所述预设范围内。当所述输出电压小于第一电压或大于第二电压时，所述控制单元判断所述输出功率位于所述预设范围之外。

根据本发明一实施例，所述控制单元包含第一比较器、第二比较器以及与门。第一比较器具有第一反相端、第一非反相端以及第一输出端。第一非反相端电性耦接所述太阳能板，且用以接收所述输出电压。第一反相端用以接收第一电压。第二比较器具有第二反相端、第二非反相端以及第二输出端。第二反相端电性耦接所述太阳能板，且用以接收所述输出电压。第二非反相端用以接收第二电压。与门具有第一输入端、第二输入端以及输出端。第一输入端电性耦接第一输出端。第二输入端电性耦接第二输出端。

根据本发明一实施例，所述控制单元更包含继电器。继电器电性耦接于所述与门的所述输出端以及所述识别单元的所述天线之间，并且用以根据所述与门的输出信号导通或断开。

根据本发明一实施例，所述预设范围介于所述太阳能板所能提供的最大输出功率乘以一预设百分比与最大输出功率之间。

根据本发明一实施例，所述识别单元包含无线射频识别（RadioFrequencyIdentification,RFID）模块、近场通讯（NearFieldCommunication,NFC）模块或其组合。

本揭示内容的另一实施例是关于一种太阳能模块的控制方法。所述控制方法包含：检测太阳能模块中的太阳能板所提供电能的输出电压；根据太阳能板所提供电能的输出功率是否位于预设范围决定致能或者禁能太阳能模块中的天线，当输出功率位于预设范围内时，致能天线，相应于太阳能模块的读取装置通过天线接收太阳能模块中的标识的相应信号，当输出功率位于预设范围的外时，禁能天线。

根据本发明一实施例，根据所述太阳能板所提供电能的所述输出功率是否位于所述预设范围决定致能或者禁能所述太阳能模块中的所述天线，当所述输出功率位于所述预设范围内时，致能所述天线，相应于所述太阳能模块的读取装置通过所述天线接收所述太阳能模块中的标识的相应信号，当所述输出功率位于所述预设范围的外时，禁能所述天线的步骤更包含：比较相应于所述输出功率的所述输出电压是否大于或等于第一电压；比较相应于所述输出功率的所述输出电压是否小于或等于第二电压；当所述输出电压大于或等于第一电压以及小于或等于第二电压时，判断所述输出功率位于所述预设范围内；当所述输出电压小于第一电压或大于第二电压时，判断所述输出功率位于所述预设范围之外。

根据本发明一实施例，所述预设范围介于所述太阳能板所能提供的最大输出功率乘以一预设百分比与最大输出功率之间。

综上所述，本发明提供的太阳能模块其检测方法并不需要逐一对每一个太阳能模块的输入端和输出端进行实际测量，因此可大幅减少检测时间。亦即，本发明提供的太阳能模块其检测方法可快速且有效率地检测出太阳能模块发生异常的情况。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1绘示传统的一种太阳能发电系统的示意图；

图2a是根据本发明一实施例绘示的一种太阳能模块的方块图；

图2b是根据本发明一实施例绘示的一种太阳能板的输出功率相应于输出电压的曲线图；

图2c是根据本发明另一实施例绘示的一种太阳能板的输出功率相应于输出电压的曲线图；

图3是根据本发明一实施例绘示的一种无线射频识别模块的示意图；

图4是根据本发明一实施例绘示的一种太阳能模块的示意图；以及

图5是根据本发明一实施例绘示的一种太阳能模块的控制方法的流程图。其中，附图标记：

100：太阳能发电系统200：太阳能模块

110：太阳能数组210：太阳能板

110a：太阳能板串行220：识别单元

111：太阳能板221：天线

120：直流/交流逆变器222：标识

130：交流负载230：控制单元

140：市电240：读取装置

300：无线射频识别模块400：太阳能模块

310：天线410：太阳能板

320：标识420：识别单元

321：控制器421：天线

322：内存422：标识

P11：第一反相端430：控制单元

P12：第一非反相端431：第一比较器

P13：第一输出端432：第二比较器

P21：第二反相端433：与门

P22：第二非反相端434：继电器

P23：第二输出端435：发光组件

P31：第一输入端LP：线圈

P32：第二输入端D1：二极管

P33：输出端SW：开关

具体实施方式

请参照图2a，图2a是根据本发明一实施例绘示的一种太阳能模块200的方块图。太阳能模块200包含太阳能板210、识别单元220以及控制单元230。太阳能板210用以将接收的光能转换为输出电能，所述输出电能具有相应的输出电压和输出功率。识别单元220包含天线221和标识222。标识222具有相应太阳能模块200的数据且电性耦接天线221，标识222可以例如是芯片。控制单元230电性耦接于太阳能板210及识别单元220之间，且用以接收太阳能板210提供的输出电压。另外，控制单元230还根据输出功率是否位于预设范围决定致能或者禁能天线221。在一实施例中，控制单元230可设置于接线盒（JunctionBox）中，然本发明并不以此为限。

在一实施例中，上述预设范围介于太阳能板210所能提供的最大输出功率（MaximumPowerPoint,MPP）乘以一预设百分比与最大输出功率之间，其中预设百分比可依环境或是设计需求设定。

请一并参照图2a和图2b，图2b是根据本发明一实施例绘示的一种太阳能板的输出功率相应于输出电压的曲线图，其中横轴代表输出电压，纵轴代表输出功率，而各条曲线则代表在不同的日射照度下太阳能板的输出功率相应于输出电压的曲线。在本实施例中，预设范围介于最大输出功率的90%与最大输出功率之间（如：图2b所示的空白区域），然本实施例并不以此为限。

在一实施例中，如图2b所示，当日射照度不同时，太阳能板210能提供的最大输出功率亦会不同（如：太阳能板210在照度1000瓦特/平方公尺时能提供的最大输出功率大于太阳能板210在照度800瓦特/平方公尺时能提供的最大输出功率）。因此，当控制单元230检测太阳能板210提供的输出功率时，同时会检测当下的日射照度，并根据内建一查值表（未绘示于图中）判断在所述日射照度下太阳能板210所能提供的最大输出供率，然后根据所述最大输出功率建立预设范围。

具体来说，当太阳能模块200发生异常时（如：发生遮阴或是损坏等情况），太阳能板210转换的电能并无法达到预设正常的输出功率（如：实际输出功率小于最大输出功率的90%）。因此，控制单元230可借由检测太阳能板210在一日射照度（如：1000瓦特/平方公尺）下提供的输出功率是否位于预设范围（如：实际输出功率是否位于180瓦特和200瓦特之间）来判断太阳能模块200是否发生异常。

当太阳能模块200正常运作时，控制单元230检测太阳能板210提供的输出功率位于预设范围内（如：图2b所示的空白区域）。此时，控制单元230可致能识别单元220中的的天线221。借此，相应于太阳能模块200的读取装置240可以通过天线221接收标识222的相应信号。在一实施例中，标识222可具有相应太阳能模块200的数据，例如：序号、输出功率、日射照度、环境温度等。因此，当太阳能模块200正常操作时，使用者可通过读取装置240读取相应所述太阳能模块200的数据进行分析。

相反地，当太阳能模块200发生异常时，控制单元230检测太阳能板210提供的输出功率位于预设范围之外（如：图2b所示的阴影区域）。此时，控制单元230禁能天线221；亦即，此时读取装置240并无法经由天线221接收到标识222的数据。借此，通过读取装置240是否能够接收识别单元220的信号来判断太阳能模块200是否异常，可达到快速且有效率地检测太阳能模块200。

另一方面，太阳能板210提供的输出功率除了跟日射照度有关之外，还跟环境温度有关。请参照图2c，图2c是根据本发明另一实施例绘示的一种太阳能板的输出功率相应于输出电压的曲线图，其中横轴代表输出电压，纵轴代表输出功率，而各条曲线则代表在不同的环境温度下太阳能板的输出功率相应于输出电压的曲线。

在一实施例中，如图2c所示，当环境温度不同时，太阳能板210能提供的最大输出功率亦会不同（如：太阳能板210在温度25度时能提供的最大输出功率大于太阳能板210在温度50度时能提供的最大输出功率）。换言之，预设范围亦会随着环境温度而变化（如：温度25度时的预设范围介于电压V1～V2之间，温度50度时的预设范围介于电压V1'～V2'之间，温度75度时的预设范围介于电压V1"～V2"之间）。因此，当控制单元230检测太阳能板210提供的输出功率时，亦会检测当下的环境温度，并根据查值表判断在所述环境温度下太阳能板210所能提供的最大输出功率，建立预设范围。

类似地，控制单元230可借由检测太阳能板210在一环境温度（如：25度）下提供的输出功率是否位于预设范围（如：实际输出功率是否位于180瓦特和200瓦特之间）来判断太阳能模块200是否发生异常。当太阳能模块200正常运作时，控制单元230检测太阳能板210提供的输出功率位于预设范围内。当太阳能模块200发生异常时，控制单元230检测太阳能板210提供的输出功率位于预设范围之外。接着，根据判断的结果进行如上述实施方式的操作，于此不再赘述。

在一实施例中，识别单元220可包含无线射频识别（RadioFrequencyIdentification,RFID）模块、近场通讯（NearFieldCommunication,NFC）模块或其组合。读取装置240可以是具有无线射频识别功能的读取装置（如：无线射频识别读取器），或是具有近场通讯功能的装置（如：具有进场通讯的手机）。换句话说，读取装置240的种类是依据太阳能模块200中的识别单元220的种类决定。

请参照图3，图3是根据本发明一实施例绘示的一种无线射频识别模块300的示意图，其中图3中所示的无线射频识别模块300可应用于图2a中所示的太阳能模块200及以下实施方式中的其它太阳能模块中，但不以此为限。

如图3所示，无线射频识别模块300包含天线310以及标识320。标识320包含控制器321以及内存322。当读取装置（未绘示于图中）发送无线电信号时，无线射频识别模块300通过天线310接收无线电信号，并且借由控制器321将无线电信号进行相关运算处理（如：解密）后，根据经处理后的信号对内存322进行读写的操作。接着，被读取的数据通过控制器321进行相关运算处理（如：加密）后再通过天线310回传给读取器。因此，当天线310被禁能时，读取装置就无法对无线射频识别模块300进行任何操作，也就是无法读取到标识320的相应信号。

请参照图4，图4是根据本发明一实施例绘示的一种太阳能模块400的示意图。类似地，太阳能模块400包含太阳能板410、识别单元420和控制单元430。识别单元420包含天线421和标识422，其操作与连接关系皆类似于上述实施方式的连接与操作，在此并不赘述。在本实施例中，识别单元420包含无线射频辨识模块，但并不以此为限。

如图4所示，控制单元430包含第一比较器431、第二比较器432和与门（ANDgate）433。第一比较器431具有第一反相端P11、第一非反相端P12以及第一输出端P13。第一非反相端P12电性耦接太阳能板410且用以接收输出电压Vo。第一反相端P11用以接收第一电压V1。第二比较器432具有第二反相端P21、第二非反相端P22以及第二输出端P23。第二反相端P21电性耦接太阳能板410且用以接收输出电压Vo。第二非反相端P22用以接收第二电压V2。与门433具第一输入端P31、第二输入端P32以及输出端P33。第一输入端P31以及第二输入端P32分别电性耦接第一比较器431的第一输出端P13和第二比较器432的第二输出端P23。

请同时参照图2b和图4，当太阳能板的输出功率位于预设范围时（如：第2图所示的空白区域），输出电压大约都介于第一电压V1和第二电压V2之间。因此，在本实施例中，控制单元430可以通过检测太阳能板410提供的输出电压Vo是否介于第一电压V1和第二电压V2之间，来判断太阳能板410的输出功率是否位于预设范围内。

操作上，当控制单元430检测输出电压Vo大于或等于第一电压V1时，第一比较器431的第一输出端P13会输出高逻辑电位信号。当输出电压Vo小于第一电压V1时，第一比较器431的第一输出端P13则是输出低逻辑电位信号。另外，当控制单元430检测输出电压Vo小于或等于第二电压V2时，第二比较器432的第二输出端P23会输出高逻辑电位信号。当输出电压Vo大于第二电压V2时，第二比较器432的第二输出端P23则是输出低逻辑电位信号。当与门433于第一输入端P31和第二输入端P32皆接收到高逻辑电位信号时，与门433会于输出端P33输出高逻辑电位信号。当第一输入端P31或第二输入端P32接收到低逻辑电位信号时，与门433则是在输出端P33输出低逻辑电位信号。

换句话说，当输出电压Vo介于第一电压V1和第二电压V2之间时，控制单元430判断太阳能板410提供的输出功率位于预设范围内，并且通过与门433输出高逻辑信号。相反地，当输出电压Vo小于第一电压V1或是大于第二电压V2时，控制单元430判断太阳能板410提供的输出功率位于预设范围之外，并且通过与门433输出低逻辑信号。

另一方面，控制单元430更可包含继电器434。继电器434包含线圈LP、二极管D1以及开关SW。线圈LP电性耦接于与门433的输出端P33。开关SW电性耦接识别单元420的天线421。当与门433输出高逻辑信号给线圈LP时（亦即，在线圈LP上有电流通过），在线圈LP上会产生感应电磁，使得开关SW导通并且致能天线421。相反地，当与门433输出低逻辑信号给线圈LP时（亦即，线圈LP上并未有电流通过时），开关SW则是维持断开的状态并且禁能天线421。

在一实施例中，与门433的输出端P33还可电性耦接发光组件435（如：发光二极管），然本发明并不以此为限。当与门433经由输出端P33输出高逻辑信号时（亦即，太阳能板410提供的输出功率位于预设范围内），可致能发光组件435发光。借此，使用者可直接根据发光组件435是否发光判断太阳能模块400是否发生异常。

由上述揭示内容可知，通过检测太阳能板410的输出电压Vo判断太阳能模块400是否发生异常，可简化控制单元430设计的复杂度，并且增加检测太阳能模块400的效率。此外，本实施例仅例示一种根据太阳能板410的输出电压判断其输出功率是否在预设范围内的实施方式；换言之，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可设计不同实施方式，来实现上述判断输出功率是否在预设范围内的效果。

请参照图5，图5是根据本发明一实施例绘示的一种太阳能模块的控制方法的流程图。为了方便以及清楚说明，以下关于控制方法的说明以图4所示的太阳能模块400为例，但并不以此为限。

首先，在步骤S510中，检测太阳能模块400中的太阳能板410于一日射照度和/或一环境温度下所提供的电能。所述电能具有相应的输出功率和输出电压。接着，在步骤S530中，判断太阳能板410所提供电能的输出功率在所述日射照度或所述环境温度下是否位于预设范围，借此决定致能或者禁能太阳能模块400中的天线421。进一步来说，借由比较太阳能板410在所述日射照度或所述环境温度下提供的输出电压Vo是否大于或等于第一电压V1，以及比较输出电压Vo是否小于或等于第二电压V2（亦即，判断输出电压Vo是否介于第一电压V1和第二电压V2之间），可决定太阳能板410提供的输出功率是否位于预设范围内，进而判断太阳能模块400是否异常。

当太阳能板410提供的输出功率位于预设范围内时，则进行步骤S550，致能天线421。此时，相应于太阳能模块的读取装置（如：相应于识别单元420的无线射频辨识读取器）通过天线421接收太阳能模块400中的标识422的相应信号。进一步来说，当太阳能板410提供的输出电压Vo大于或等于第一电压V1以及小于或等于第二电压V2时（亦即，输出电压Vo介于第一电压V1和第二电压V2之间），太阳能板410提供的输出功率系经判定位于预设范围内，依此，太阳能模块400系经判定处于正常操作状态，且天线421会被致能而使得读取装置可读取标识422的相应信号。

当太阳能板410提供的输出功率位于预设范围之外时（亦即，输出电压Vo小于第一电压V1或大于第二电压V2），则进行步骤S570，禁能天线421，使得读取装置无法通过天线421读取太阳能模块400的相应信号；亦即，太阳能模块400系经判定发生异常。

由上述本发明的实施例可知，太阳能模块借由配置识别单元，并且借由致能或禁能识别单元内的天线，即可通过相应太阳能模块的读取装置检测太阳能模块是否发生异常。与传统的检测方法相比，本发明提供的太阳能模块其检测方法并不需要逐一对每一个太阳能模块的输入端和输出端进行实际测量，因此可大幅减少检测时间。亦即，本发明提供的检测方法可快速且有效率地检测出太阳能模块发生异常的情况。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种太阳能模块，其特征在于，对应一读取装置，该太阳能模块包含：

一太阳能板，用以将接收的光能转换为一输出电能，且该输出电能具有一输出电压及一输出功率；

一识别单元，包含一天线以及相应该太阳能板的一标识，该天线电性耦接该标识；以及

一控制单元，电性耦接于该太阳能板及该识别单元之间，用以接收该输出电压并根据该输出功率是否位于一预设范围决定致能或者禁能该天线；

该控制单元包含：

一第一比较器，具有一第一反相端、一第一非反相端以及一第一输出端，其中该第一非反相端电性耦接该太阳能板，用以接收该输出电压，该第一反相端用以接收一第一电压；

一第二比较器，具有一第二反相端、一第二非反相端以及一第二输出端，其中该第二反相端电性耦接该太阳能板，用以接收该输出电压，该第二非反相端用以接收一第二电压；以及

一与门，具有一第一输入端、一第二输入端以及一输出端，其中该第一输入端电性耦接该第一输出端，该第二输入端电性耦接该第二输出端。

2.如权利要求1所述的太阳能模块，其特征在于，当该输出功率位于该预设范围内时，该控制单元致能该天线，该读取装置通过该天线接收该标识的相应信号，当该输出功率位于该预设范围之外时，该控制单元禁能该天线。

3.如权利要求1或2所述的太阳能模块，其特征在于，该控制单元还用以比较该输出电压与一第一电压以及比较该输出电压与一第二电压以决定该输出功率是否位于该预设范围，当该输出电压大于或等于该第一电压且小于或等于该第二电压时，该控制单元判断该输出功率位于该预设范围内，当该输出电压小于该第一电压或大于该第二电压时，该控制单元判断该输出功率位于该预设范围之外。

4.如权利要求1所述的太阳能模块，其特征在于，该控制单元还包含一继电器，该继电器电性耦接于该与门的该输出端以及该识别单元的该天线之间，用以根据该与门的输出信号导通或断开。

5.如权利要求1或2所述的太阳能模块，其特征在于，该预设范围介于该太阳能板所能提供的一最大输出功率乘以一预设百分比与该最大输出功率之间。

6.如权利要求1所述的太阳能模块，其特征在于，该识别单元包含一无线射频识别模块、一近场通讯模块或其组合。

7.一种太阳能模块的控制方法，其特征在于，包含：

检测该太阳能模块中一太阳能板所提供电能的一输出电压；

根据该太阳能板所提供电能的一输出功率是否位于一预设范围决定致能或者禁能该太阳能模块中的一天线，当该输出功率位于该预设范围内时，致能该天线，相应于该太阳能模块的一读取装置通过该天线接收该太阳能模块中的一标识的相应信号，当该输出功率位于该预设范围之外时，禁能该天线。

8.如权利要求7所述太阳能模块的控制方法，其特征在于，根据该太阳能板所提供电能的一输出功率是否位于一预设范围决定致能或者禁能该太阳能模块中的一天线，当该输出功率位于该预设范围内时，致能该天线，相应于该太阳能模块的一读取装置通过该天线接收该太阳能模块中的一标识的相应信号，判断该输出功率是否位于该预设范围的步骤还包含：

比较相应于该输出功率的该输出电压是否大于或等于一第一电压；

比较相应于该输出功率的该输出电压是否小于或等于一第二电压；

当该输出电压大于或等于该第一电压以及小于或等于该第二电压时，判断该输出功率位于该预设范围内；以及

当该输出电压小于该第一电压或者大于该第二电压时，判断该输出功率位于该预设范围之外。

9.如权利要求7或8所述太阳能模块的控制方法，其特征在于，该预设范围介于该太阳能板所能提供的一最大输出功率乘以一预设百分比与该最大输出功率之间。