CN108803770B - 最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置及设备 - Google Patents

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Abstract

一种最佳化输入输出功率控制太阳能电源设备，包含分别适用于电连接多个太阳能板且彼此并联的多个最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置，每一个太阳能电源装置包括一个开关电路、一个电压转换电路、一个输出介面，及一个控制单元。该开关电路具有一个接收对应的太阳能板的一个输入电压及一个输入电流的输入端，及一个输出端。该电压转换电路接收该输入电压及该输入电流并输出为一个输出电压及一个输出电流。该控制单元运算一个输入功率及一个输出功率，并分别根据该输入功率的值、该输出功率的值调整该输入端与该输出端的导通时间及不导通时间，以取得最佳化的该输入功率及该输出功率。借此，可以达到整体发电效率最佳化。

Description

最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置及设备
技术领域
本发明涉及一种绿能电源装置及设备，特别是涉及一种最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置及设备。
背景技术
由于石油能源的有限性，近年来，绿能发电科技发展快速，其中，太阳能发电以干净无污染、易于取得等因素，成为主要发展技术中的一个。
参阅图1与图2，现有一种太阳能发电设备，包括多个太阳能板11及一个电源装置12。该电源装置12具有一个电压转换电路121，并通过将所述太阳能板11串联以得到较高的输出电压，然而，若串联路径中有老化故障的太阳能板11(如右下破损的太阳能板111)时，会导致电路断路而无法正常运作，或是如图1所示有部分的太阳能板11被树影112、鸟粪等污染物113遮蔽而导致发电效率较低(输出较低的发电电流)时，则会导致整体电流被发电效率较低的太阳能板11拉低而造成整体发电效率不佳。
为了解决上述问题，该电源装置12发展出如图3所示的并联方式，然而，同样地，当有老化故障的太阳能板11，或是有部分的太阳能板11被阴影遮蔽而导致发电效率较低(输出较低的发电电压)时，会导致整体输出的电压被拉低而造成整体发电效率不佳。
参阅图1及图4，为了解决发电效率较低的太阳能板11拖累整体发电效率的问题，该电源装置12发展出如图4所示的方式，先将每一个太阳能板11串联一个二极管122后再进行并联，如此，通过二极管122本身特性，会将发电效率较低(电压较低)的太阳能板11自动断开，以避免发电效率较低的太阳能板11拉低整体电压，然而，当大部分的太阳能板11皆处于被阴影遮蔽或是仅有少数太阳能板11发电电压较高时，会导致较高比例的太阳能板11皆是处于被断开而没有提供电能的情况，如此，反而会因过多太阳能板11空置而使整体发电效率过低。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种能提升发电效率的最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置。
本发明的最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置，适用于电连接一个用于提供一个输入电压及一个输入电流的太阳能板，并包含一个开关电路、一个电压转换电路、一个输出介面，及一个控制单元。
该开关电路适用于接收该输入电压及该输入电流并输出，包括一个电连接该太阳能板并适用于接收该输入电压及该输入电流的输入端，及一个输出端。
该电压转换电路由该开关电路的输出端接收该输入电压及该输入电流并进行转换电压后输出为一个输出电压及一个输出电流。
该输出介面电连接该电压转换电路并接收该输出电压及该输出电流。
该控制单元侦测该输入电压、该输入电流、该输出电压及该输出电流，运算一个相关于该输入电压与该输入电流的乘积的输入功率及一个相关于该输出电压与该输出电流的乘积的输出功率，并根据该输入功率的值调整该输入端与该输出端的导通时间，根据该输出功率的值调整该输入端与该输出端的不导通时间，以取得最佳化的该输入功率及该输出功率。
本发明的最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置，该控制单元于该输入端与该输出端的导通期间，运算该输入功率，并于该输入功率的值的变化趋势由增加转为减少时，控制该输入端与该输出端间切换为不导通。
本发明的最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置，该控制单元每隔一个单位时间以下列公式运算该输入功率：
Figure BDA0001282962740000021
其中，Wi为该输入功率、Vi为该输入电压、Ii为该输入电流、t为取样时间，T为单位时间。
本发明的最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置，该控制单元于该输入端与该输出端的不导通期间，运算该输出功率，并于该输出功率的值的变化趋势由增加转为减少时，控制该输入端与该输出端间切换为导通。
本发明的最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置，该控制单元每隔一个单位时间以下列公式运算该输出功率：
Figure BDA0001282962740000031
其中，Wo为该输出功率、Vo为该输出电压、Io为该输出电流、t为取样时间，T为单位时间。
本发明的最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置，该控制单元包括一个控制电路、电连接该输出介面的一个输出电流侦测电路及一个输出电压侦测电路，该输出电流侦测电路及该输出电压侦测电路分别用于侦测该输出电流及该输出电压并输出侦测结果至该控制电路。
本发明的最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置，该控制电路于该输出电压大于一个高预定值时，控制该开关电路的该输入端与该输出端间不导通，并于该输出电压小于一个低预定值时，控制该开关电路的该输入端与该输出端间重新导通。
本发明的最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置，还包含一个并联于该太阳能板的避雷保护电路，该控制单元于该避雷保护电路侦测到高于一个突波值的突波时，控制该开关电路的该输入端与该输出端间不导通。
本发明的第二目的在于提供一种能提升发电效率的最佳化输入输出功率控制太阳能电源设备。
本发明的最佳化输入输出功率控制太阳能电源设备，适用于电连接多个太阳能板，每一个太阳能板用于提供一个输入电压及一个输入电流，该最佳化输入输出功率控制太阳能电源设备包含多个最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置。
所述最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置彼此并联，且分别适用于电连接所述太阳能板，每一个最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置包括一个开关电路、一个电压转换电路、一个输出介面，及一个控制单元。
该开关电路适用于接收该输入电压及该输入电流并输出，具有一个电连接该太阳能板并适用于接收该输入电压及该输入电流的输入端，及一个输出端。
该电压转换电路由该开关电路的输出端接收该输入电压及该输入电流并进行转换电压后输出为一个输出电压及一个输出电流。
该输出介面电连接该电压转换电路并接收该输出电压及该输出电流。
该控制单元侦测该输入电压、该输入电流、该输出电压及该输出电流，运算一个相关于该输入电压与该输入电流的乘积的输入功率及一个相关于该输出电压与该输出电流的乘积的输出功率，并根据该输入功率的值调整该输入端与该输出端的导通时间，根据该输出功率的值调整该输入端与该输出端的不导通时间，以取得最佳化的该输入功率及该输出功率。
本发明的有益效果在于：通过该控制单元根据该输入功率的值调整该输入端与该输出端的导通时间，根据该输出功率的值调整该输入端与该输出端的不导通时间，可以取得最佳化的该输入功率及该输出功率，以达到整体发电效率最佳化。
附图说明
图1是现有一种太阳能发电设备的多个太阳能板的示意图；
图2是现有该太阳能发电设备的电路示意图；
图3是现有另一种太阳能发电设备的电路示意图；
图4是现有第三种太阳能发电设备的电路示意图；
图5是本发明最佳化输入输出功率控制太阳能电源设备的一个实施例的一个应用示意图；
图6是该实施例的一个最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置于应用时的一个电路示意图；及
图7是该实施例的该最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置的一个控制信号、一个输入电压、一个输入电流、一个输入功率、一个输出电压、一个输出电流，及一个输出功率的波形示意图。
具体实施方式
参阅图5、图6及图7，本发明最佳化输入输出功率控制太阳能电源设备的一个实施例，适用于电连接多个太阳能板8，每一个太阳能板8用于提供一个输入电压Vi及一个输入电流Ii，该最佳化输入输出功率控制太阳能电源设备包含多个最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置20。
所述最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置20彼此并联，且分别适用于电连接所述太阳能板8，每一个最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置20包括一个开关电路2、一个电压转换电路3、一个输出介面4、一个保护单元5，及一个控制单元6。
其中，值得一提的是，由于该最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置20与该太阳能板8为一对一电连接，因此在实际出售使用时，也能仅有单一个最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置20与单一个太阳能板8的组合情况，能供使用者单组采购或是多组采购后再进行组装。
该开关电路2适用于接收该输入电压Vi及该输入电流Ii并输出，具有一个电连接该太阳能板8并适用于接收该输入电压Vi及该输入电流Ii的输入端21，及一个输出端22，该开关电路2受一个控制信号控制以使该输入端21与该输出端22间于导通及不导通间切换。
该电压转换电路3由该开关电路2的输出端22接收该输入电压Vi及该输入电流Ii并进行转换电压后输出为一个输出电压Vo及一个输出电流Io。其中，该电压转换电路3能如图6所示为一个降压电路，并具有一个二极管31、一个电感32及一个电容33，但其实施方式及所具有的电路元件皆能依实际需求而改变，不以此为限。
该输出介面4电连接于该电压转换电路3并接收该输出电压Vo及该输出电流Io。
该保护单元5具有一个并联于该太阳能板8的输入电容51、一个并联于该输出介面4的输出电容52、一个并联于该太阳能板8的避雷保护电路53，及一个电连接于该电压转换电路3与该输出介面4间并用于侦测该输出电流Io的过电流保护电路54。
该控制单元6具有一个输出该控制信号的控制电路61、电连接该输出介面4的一个输出电流侦测电路62及一个输出电压侦测电路63。
该控制电路61侦测该输入电压Vi、该输入电流Ii、该输出电压Vo及该输出电流Io，运算一个相关于该输入电压Vi与该输入电流Ii的乘积的输入功率Wi及一个相关于该输出电压Vo与该输出电流Io的乘积的输出功率Wo，并根据该输入功率Wi的值调整该输入端21与该输出端22的导通时间，根据该输出功率Wo的值调整该输入端21与该输出端22的不导通时间，以取得最佳化的该输入功率Wi及该输出功率Wo。
该控制电路61于该输入端21与该输出端22的导通期间，运算该输入功率Wi，并于该输入功率Wi的值的变化趋势由增加转为减少时，控制该输入端21与该输出端22间切换为不导通。
该控制电路61每隔一个单位时间以下列公式运算该输入功率Wi，其中，t为取样时间，T为单位时间：
Figure BDA0001282962740000061
该控制电路61于该输入端21与该输出端22的不导通期间，运算该输出功率Wo，并于该输出功率Wo的值的变化趋势由增加转为减少时，控制该输入端21与该输出端22间切换为导通。
该控制电路61每隔一个单位时间以下列公式运算该输出功率Wo：
Figure BDA0001282962740000062
其中，于本实施例中，于该开关电路2的导通期间及不导通期间，该控制电路61皆是间隔相同的单位时间进行运算，但也能是间隔不同的单位时间进行运算，并不限于此。
该控制电路61于该避雷保护电路53侦测到高于一个突波值的突波时，控制该开关电路2的该输入端21与该输出端22间不导通。
该控制电路61于该过电流保护电路54侦测到该输出电流Io高于一个过电流值时，控制该开关电路2的该输入端21与该输出端22间不导通。
该输出电流侦测电路62及该输出电压侦测电路63分别用于侦测该输出电流Io及该输出电压Vo并输出侦测结果至该控制电路61。
于实际应用时，每一个太阳能板8是搭配一个最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置20，每个最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置20彼此间并联并电连接至一个负载9。
当该控制信号切换到高电平时，该开关电路2导通，此时由于该电感32的影响，该输入电流Ii会开始持续上升，而该输入电压Vi则是缓慢下降，使该输入功率Wi呈现持续上升的波形，当到了某个临界点时，该输入电压Vi会下降到使该输入功率Wi的变化趋势由增加转为减少，此时，该控制单元6控制该开关电路2切换为不导通。
接着，于不导通期间，该输出电压Vo会持续上升，该输出电流Io则是缓慢减少，使该输出功率Wo呈现持续上升的波形，同样到了某个临界点时，该输出电流Io会下降到使该输出功率Wo的变化趋势由增加转为减少，此时，该控制单元6控制该开关电路2切换为导通。
借此，可以使该输入功率Wi及该输出功率Wo的输出提升到最大值，因此可以得到最佳化的该输入功率Wi及该输出功率Wo。
其中，于图7中，该输入功率Wi的总面积大小与阳光、该输入电压Vi，及该输入电流Ii的大小为正相关，该输出功率Wo的总面积大小与该输出电压Vo，及该输出电流Io的大小(与负载的变化相关)为正相关。
当该最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置20所电连接的该负载9被移除而为空载状态时，由于此时所述最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置20仍维持在并联状态，因此，能输出较高输出电压Vo的最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置20即会对输出较低输出电压Vo的最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置20回灌电流而造成内部电源无谓地损耗，为避免这样的现象，能通过该控制电路61进行控制，说明如下：
由于本实施例中每一个最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置20的电压转换电路3为降压电路，因此，当空载时，该输出电压Vo会被拉高至趋近于该输入电压Vi，而在连接上负载9后，则会被负载9拉低至所需的工作电压，因此，能预先设定一个较接近该输入电压Vi的高预定值，及一个较接近该工作电压的低预定值，于该输出电压Vo大于该高预定值时，该控制电路61即判定目前没有负载9，控制该开关电路2的该输入端21与该输出端22间不导通以停止输出该太阳能板8的电源，以避免内部损耗，而于该输出电压Vo小于该低预定值时，该控制电路61即判定目前已连接负载9，所以控制该开关电路2的该输入端21与该输出端22间重新导通以重新输出该太阳能板8的电源。
经由以上的说明，能将本实施例的优点归纳如下：
一、通过该控制单元6根据该输入功率Wi的值调整该输入端21与该输出端22的导通时间，根据该输出功率Wo的值调整该输入端21与该输出端22的不导通时间，可以取得最佳化的该输入功率Wi及该输出功率Wo，以达到整体发电效率最佳化。
再者，由于该最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置20与该太阳能板8为一对一电连接，相较于现有技术中是以一个电源装置电连接多个太阳能板，现有的电源装置的电路设计较复杂，且功率负荷较大，本案则能使用较精简及较低功率负荷的电路设计，且通过一对一的模块化设计，能单组出售而兼顾对太阳能使用需求较少的消费者族群，且在组装维修更换时皆具有较大的便利性。
二、通过该控制单元6于该输入功率Wi的值的变化趋势由增加转为减少时，控制该输入端21与该输出端22间切换为不导通，及于该输出功率Wo的值的变化趋势由增加转为减少时，控制该输入端21与该输出端22间切换为导通，可以使该输入功率Wi及该输出功率Wo的输出提升到最大值，达到整体发电效率最佳化。
三、通过于每一个最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置20中设置该输出电压侦测电路63，并搭配该控制电路61于该输出电压Vo大于该高预定值时，控制该开关电路2的该输入端21与该输出端22间不导通，并于该输出电压Vo小于该低预定值时，控制该开关电路2的该输入端21与该输出端22间重新导通，可以避免所述最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置20在没有连接到负载9时彼此回灌电流而造成内部电源无谓损耗，还可以在连接到负载9后自动回复正常运作，因此，具有减少电源损耗与使用便利的功效。
四、通过于每一个最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置20中设置该避雷保护电路53、该过电流保护电路54，可以保护该太阳能板8、该最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置20避免受到雷击突波及过电流损坏，增加产品的使用寿命。
五、通过于每一个最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置20中设置该输入电容51、该输出电容52，可以减少该输入电压Vi、该输出电压Vo的涟波情况，达到较佳的稳压效果。
综上所述，所以确实能达成本发明的目的。
以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。

Claims (9)

1.一种最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置，适用于电连接一个用于提供一个输入电压及一个输入电流的太阳能板，并包含一个电压转换电路及一个输出介面；
其特征在于：
该最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置还包含一个开关电路及一个控制单元；
该开关电路适用于接收该输入电压及该输入电流并输出，包括一个电连接该太阳能板并适用于接收该输入电压及该输入电流的输入端，及一个输出端；
该电压转换电路由该开关电路的输出端接收该输入电压及该输入电流并进行转换电压后输出为一个输出电压及一个输出电流；
该输出介面电连接该电压转换电路并接收该输出电压及该输出电流；
该控制单元侦测该输入电压、该输入电流、该输出电压及该输出电流，运算一个相关于该输入电压与该输入电流的乘积的输入功率及一个相关于该输出电压与该输出电流的乘积的输出功率，并根据该输入功率的值调整该输入端与该输出端的导通时间，根据该输出功率的值调整该输入端与该输出端的不导通时间，以取得最佳化的该输入功率及该输出功率。
2.根据权利要求1所述的最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置，其特征在于：该控制单元于该输入端与该输出端的导通期间，运算该输入功率，并于该输入功率的值的变化趋势由增加转为减少时，控制该输入端与该输出端间切换为不导通。
3.根据权利要求2所述的最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置，其特征在于：该控制单元每隔一个单位时间以下列公式运算该输入功率：
Figure FDA0001282962730000011
其中，Wi为该输入功率、Vi为该输入电压、I i为该输入电流、t为取样时间，T为单位时间。
4.根据权利要求1所述的最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置，其特征在于：该控制单元于该输入端与该输出端的不导通期间，运算该输出功率，并于该输出功率的值的变化趋势由增加转为减少时，控制该输入端与该输出端间切换为导通。
5.根据权利要求4所述的最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置，其特征在于：该控制单元每隔一个单位时间以下列公式运算该输出功率：
Figure FDA0001282962730000021
其中，Wo为该输出功率、Vo为该输出电压、Io为该输出电流、t为取样时间，T为单位时间。
6.根据权利要求1所述的最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置，其特征在于：该控制单元包括一个控制电路、电连接该输出介面的一个输出电流侦测电路及一个输出电压侦测电路，该输出电流侦测电路及该输出电压侦测电路分别用于侦测该输出电流及该输出电压并输出侦测结果至该控制电路。
7.根据权利要求6所述的最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置，其特征在于：该控制电路于该输出电压大于一个高预定值时，控制该开关电路的该输入端与该输出端间不导通，并于该输出电压小于一个低预定值时，控制该开关电路的该输入端与该输出端间重新导通。
8.根据权利要求7所述的最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置，其特征在于：还包含一个并联于该太阳能板的避雷保护电路，该控制单元于该避雷保护电路侦测到高于一个突波值的突波时，控制该开关电路的该输入端与该输出端间不导通。
9.一种最佳化输入输出功率控制太阳能电源设备，适用于电连接多个太阳能板，每一个太阳能板用于提供一个输入电压及一个输入电流，其特征在于：该最佳化输入输出功率控制太阳能电源设备包含多个最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置；
所述最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置彼此并联，且分别适用于电连接所述太阳能板，每一个最佳化输入输出功率控制太阳能电源装置包括一个开关电路、一个电压转换电路、一个输出介面，及一个控制单元；
该开关电路适用于接收该输入电压及该输入电流并输出，具有一个电连接该太阳能板并适用于接收该输入电压及该输入电流的输入端，及一个输出端，
该电压转换电路由该开关电路的输出端接收该输入电压及该输入电流并进行转换电压后输出为一个输出电压及一个输出电流，
该输出介面电连接该电压转换电路并接收该输出电压及该输出电流，
该控制单元侦测该输入电压、该输入电流、该输出电压及该输出电流，运算一个相关于该输入电压与该输入电流的乘积的输入功率及一个相关于该输出电压与该输出电流的乘积的输出功率，并根据该输入功率的值调整该输入端与该输出端的导通时间，根据该输出功率的值调整该输入端与该输出端的不导通时间，以取得最佳化的该输入功率及该输出功率。
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