TW201328154A - 直流對直流轉換電路與其太陽能光電發電系統 - Google Patents
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Abstract
一種直流對直流轉換電路,用於耦接太陽能光電元件、直流對交流轉換單元與最大功率追蹤控制單元,其包括:昇降壓轉換電路與第一電容。昇降壓轉換電路具有第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端與第二輸出端。第一電容的第一端耦接第二輸入端,第一電容的第二端耦接於第一輸入端與第二輸出端之間,並由第一輸入端至第二輸出端直接供應儲存電壓給第一電容,其中最大功率追蹤控制單元根據太陽能光電元件的輸出功率與輸出電壓動態調整切換信號的責任週期給直流對直流轉換電路,以追蹤一最大功率點。
Description
本發明係關於一種直流對直流轉換電路,特別是關於一種利用電容串接昇降壓轉換電路之直流對直流轉換電路及具有直流對直流轉換電路之太陽能光電發電系統。
太陽能光電發電系統之可用功率取決於太陽光輻射密度及太陽能光電發電系統本身溫度等條件。太陽能光電發電系統的最佳工作點稱為最大功率點,操作在此點表示太陽能光電發電系統可獲得最大輸出功率,但是太陽能光電發電系統的輸出電流與輸出電壓會隨著周圍環境而改變,因此其最大功率點也會隨之改變。
當太陽能光電元件接受日照時,由於太陽能光電元件部分遮陰時會使旁路二極體(Bypass Diode)導通,而降低整體輸出功率;其次因太陽能光電元件裝設角度與日光入射角度有所差異,導致整體輸出功率降低;再者因太陽能光電元件之光電轉換參數與特性之差異,而多個太陽能光電元件實際串聯或並聯時,須以較差的光電轉換參數來運作而造成輸出功率降低;基於上述,太陽能光電元件發電功率受限於遮陰、日光入射角度與不同的光電轉換參數等因素,使整體太陽能光電元件未達追蹤最大功率點,而降低發電功率,尤其是應用在集中型太陽能發電廠,所以建立一套高轉換輸出功率的太陽能光電發電系統是值得開發。
本發明提出一種直流對直流轉換電路,利用電容串接昇降壓轉換電路作為最大功率追蹤之直流對直流轉換電路,並由直流對直流轉換電路的第一輸入端至第二輸出端直接供應儲存電壓給第一電容,以提昇太陽能光電發電系統之整體效能。
本發明提供一種直流對直流轉換電路,用於耦接太陽能光電元件、直流對交流轉換單元與最大功率追蹤控制單元,包括:昇降壓轉換電路與第一電容。昇降壓轉換電路具有第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端與第二輸出端。第一電容具有第一端與第二端,第一電容的第一端耦接第二輸入端,第一電容的第二端耦接於昇降壓轉換電路之第一輸入端與第二輸出端之間,並由第一輸入端至第二輸出端直接供應儲存電壓給第一電容。其中直流對直流轉換電路受控於最大功率追蹤單元的切換信號的責任週期(Duty Cycle),切換信號控制昇降壓轉換電路導通或截止來轉換形成一調節電壓,調節電壓與第一電容的儲存電壓用以供電給後級所接的直流對交流轉換單元,且最大功率追蹤控制單元根據太陽能光電元件的輸出功率與輸出電壓動態調整切換信號的責任週期,以追蹤一最大功率點。
在本發明一實施例中,上述昇降壓轉換電路包括:第二電容、第三電容、電感、功率開關、二極體。第二電容具第一端與第二端,第二電容的第一端耦接於第一輸出端,第二電容的第二端耦接於第一電容的第一端。第三電容耦接於第一輸入端與第二輸入端之間。電感具有第一端與第二端,電感的第二端耦接於第二輸入端。功率開關具有閘極、源極與汲極,源極耦接電感的第一端,汲極耦接第一輸入端,其中功率開關的閘極耦接於切換信號。二極體具有陽極與陰極,陽極耦接第二電容的第一端,陰極耦接電感的第一端與功率開關的源極。
在本發明一實施例中,上述直流對交流轉換單元為一直流對交流轉換器(DC/AC Converter)或一逆變器(Inverter)。
本發明提供另一種太陽能光電發電系統,用以追蹤最大功率點並輸出功率,包括:一直流對交流轉換單元與多個太陽能光電模組。這些太陽能光電模組並聯耦接於直流對交流轉換單元,其中每一太陽能光電模組包括:太陽能光電元件、最大功率追蹤控制單元、直流對直流轉換電路。太陽能光電元件(Solar Cell或稱為Photovoltaic Cell),具有一直流電源輸出端。最大功率追蹤控制單元耦接於太陽能光電元件,根據太陽能光電元件的輸出功率與輸出電壓,來調整切換信號。直流對直流轉換電路耦接於太陽能光電元件、直流對交流轉換單元與最大功率追蹤控制單元之間,直流對直流轉換電路包括:昇降壓轉換電路(Buck-Boost Circuit)與第一電容。昇降壓轉換電路具有第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端與第二輸出端。第一電容具有第一端與第二端,第一電容的第一端耦接第二輸入端,第一電容的第二端耦接於昇降壓轉換電路之第一輸入端與第二輸出端之間,並由第一輸入端至第二輸出端直接供應儲存電壓給第一電容,其中直流對直流轉換電路受控於最大功率追蹤單元的切換信號的責任週期(Duty Cycle),切換信號控制昇降壓轉換電路導通或截止來轉換形成一調節電壓,調節電壓與第一電容的儲存電壓用以供電給後級所接的直流對交流轉換單元,且最大功率追蹤控制單元根據太陽能光電元件的輸出功率與輸出電壓動態調整切換信號的責任週期,以追蹤一最大功率點。
在本發明一實施例中,上述昇降壓轉換電路包括:第二電容、第三電容、電感、功率開關、二極體。第二電容具第一端與第二端,第二電容的第一端耦接於第一輸出端,第二電容的第二端耦接於第一電容的第一端。第三電容耦接於第一輸入端與第二輸入端之間。電感具有第一端與第二端,電感的第二端耦接於第二輸入端。功率開關具有閘極、源極與汲極,源極耦接電感的第一端,汲極耦接第一輸入端,其中功率開關的閘極耦接於切換信號。二極體具有陽極與陰極,陽極耦接第二電容的第一端,陰極耦接電感的第一端與功率開關的源極。
在本發明一實施例中,上述直流對交流轉換單元為一直流對交流轉換器(DC/AC Converter)或一逆變器(Inverter)。
在本發明一實施例中,當太陽能光電元件的輸出功率增加且輸出電壓增加時,則最大功率追蹤控制單元增加切換信號的責任週期。
在本發明一實施例中,當太陽能光電元件的輸出功率增加且輸出電壓下降時,則最大功率追蹤控制單元減少切換信號的責任週期。
在本發明一實施例中,當太陽能光電元件的輸出功率下降且輸出電壓增加時,則最大功率追蹤控制單元減少切換信號的責任週期。
在本發明一實施例中,當太陽能光電元件的輸出功率下降且輸出電壓下降時,則最大功率追蹤控制單元增加切換信號的責任週期。
綜上所述,本發明係利用電容串接昇降壓電路之直流對直流轉換電路,由直流對直流轉換電路的第一輸入端至第二輸出端直接供應儲存電壓給第一電容,並透過太陽能光電元件的輸出功率與輸出電壓的變化,進而來增加或減少切換信號的責任週期給直流對直流轉換電路,使太陽能光電元件輸出功率能追蹤最大功率點並提升整體效能。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉本發明之較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下。
本發明利用電容串接昇降壓轉換電路之直流對直流轉換電路,由直流對直流轉換電路的第一輸入端至第二輸出端直接供應儲存電壓給電容,進而運用於太陽能光電模組追蹤最大功率點,當太陽能光電模組並聯耦接直流對交流轉換單元時,各太陽能光電模組能追蹤最大功率點並輸出功率。
為了充分瞭解本發明,於下文將例舉較佳實施例並配合附圖作詳細說明,且其並非用以限定本發明。
圖1為根據本發明一實施例之太陽能光電發電系統之方塊圖。一種太陽能光電發電系統追蹤最大功率點並輸出功率,包括:多個太陽能光電模組1與一直流對交流轉換單元2。直流對交流轉換單元2例如為直流對交流轉換器(DC/AC Converter)或一逆變器(Inverter),用以將太陽能光電元件10輸出直流電轉換為交流電,再傳輸電能至負載端。
這些太陽能光電模組1並聯耦接於直流對交流轉換單元2,其中每一太陽能光電模組1包括:太陽能光電元件10、最大功率追蹤控制單元14與直流對直流轉換電路12。太陽能光電元件10例如為太陽能板,具有直流電源輸出端,可以將光能轉換為電能,然後產生相對應的輸出電流I與輸出電壓V。最大功率追蹤控制單元14耦接於太陽能光電元件10與直流對直流轉換電路12,並根據太陽能光電元件10的輸出功率與輸出電壓V來調整切換信號CS,並追蹤最大功率點。其中切換信號CS例如為一脈波寬度調信號,其責任週期會影響到直流對直流轉換電路12的輸出電壓V與輸出功率。
直流對直流轉換電路12耦接於太陽能光電元件10、直流對交流轉換單元2與最大功率追蹤控制單元14之間,直流對直流轉換電路12例如是串接式昇降壓轉換器(Cascode Buck-Boost Converter),直流對直流轉換電路12係受控於最大功率追蹤控制單元14所輸出的切換信號CS,而最大功率追蹤控制單元14對於直流對直流轉換電路12調整切換信號CS之責任週期(Duty Cycle),使得太陽能光電元件10操作在最大功率點。
其中最大功率追蹤控制單元14根據太陽能光電元件10的輸出功率與輸出電壓V動態調整切換信號CS的責任週期(Duty Cycle),以追蹤一最大功率點。詳細而言,最大功率追蹤控制單元對直流對直流轉換電路12增加或減少切換信號CS的責任週期。
圖2A為根據本發明一實施例之太陽能光電發電系統之直流對直流轉換電路之電路圖。直流對直流轉換電路12包括:昇降壓轉換電路122(Buck-Boost Circuit)與第一電容C1。詳細而言,直流對直流轉換電路12受控於最大功率追蹤單元14的切換信號CS的責任週期(Duty Cycle),切換信號CS控制昇降壓轉換電路122導通或截止來轉換形成一調節電壓,調節電壓與第一電容C1的儲存電壓用以供電給後級所接的直流對交流轉換單元2,其中最大功率追蹤控制單元14根據太陽能光電元件10的輸出功率與輸出電壓動態調整切換信號CS的責任週期,以追蹤一最大功率點。
昇降壓轉換電路122具有第一輸入端I1、第二輸入端I2、第一輸出端O1與第二輸出端O2,且包括第二電容C2、電感L、功率開關M與二極體D1。
第二電容C2具第一端與第二端,第二電容C2的第一端耦接於第一輸出端O1,第二電容C2的第二端耦接於第一電容C1的第一端,且第一電容C1的電壓Vo1與第二電容C2的電壓Vo2等於第一輸出端O1與第二輸出端O2之間的電壓Vo。值得注意的是,經由昇降壓轉換電路122轉換形成的調節電壓可以為第二電容C2的電壓Vo2。
電感L具有第一端與第二端,電感L的第二端耦接於第二輸入端I2,電感L根據電流變化儲存電能,再將儲存電能轉移至第二電容C2。功率開關M例如為N channel MOSFET或增強型N channel MOSFET,具有閘極G、源極S與汲極D,其源極S耦接電感L的第一端,其汲極D耦接第一輸入端I1。二極體D1具有陽極與陰極,其陽極耦接第二電容C2的第一端,其陰極耦接電感L的第一端與功率開關M的源極S,其中功率開關M的閘極G耦接於切換信號CS。
第一電容C1具有第一端與第二端,第一電容C1的第一端耦接第二輸入端I2,第一電容C1的第二端耦接於昇降壓轉換電路122之第一輸入端I1與第二輸出端O2之間,並由第一輸入端I1至第二輸出端O2直接供應儲存電壓給第一電容C1。第一電容C1的電壓Vo1可以為儲存電壓,第一電容C1的儲存電壓能降低經由昇降壓轉換電路122轉換電壓的電磁損耗功率,而且此儲存電壓可不經昇降壓轉換電路122直接輸出至第二輸出端O2。
舉例來說,當第一輸入端I1的電壓透過直流對直流轉換電路12供應至第二輸出端O2時,此電壓不經過電感L轉換並直接供應至第二輸出端O2,且儲存電壓可以為第一電容C1的電壓Vo1。值得注意的是,直流對直流轉換電路12的電路架構僅為示意,本實施例不限制於圖2A。
圖2B為根據圖2A之本發明另一實施例之太陽能光電發電系統之直流對直流轉換電路之電路圖。請參閱圖2B。其中圖2B中的昇降壓轉換電路122a與圖2A中的昇降壓轉換電路122二者結構相似,而以下將對二者所包括的相同元件以相同標號表示。昇降壓轉換電路122、122a二者的差異在於:昇降壓轉換電路122a更包括第三電容C3。第三電容C3耦接於第一輸入端I1與第二輸入端I2之間,且第三電容C3之電壓等於第一輸入端I1與第二輸入端I2之間的電壓Vi,並作為穩壓。值得注意的是,直流對直流轉換電路12a的電路架構僅為示意,本實施例不限制於圖2B。
圖3A與圖3B為本發明一實施例之太陽能光電發電系統的直流對直流轉換電路作動之電路圖。其中直流對直流轉換電路12受控於太陽能光電元件10的電壓位準以及最大功率追蹤控制單元14的切換信號CS,換句話說,太陽能光電元件10的電壓位準以及最大功率追蹤控制單元14的切換信號CS控制直流對直流轉換電路12的功率開關M導通或截止。其中二極體D1根據功率開關M截止而導通。
當功率開關M導通時,此時二極體D1截止,直流對直流轉換電路12以第一輸入端I1的電流對電感L充電,並以第一輸入端I1與第二輸入端I2之間的電壓對第一電容C1充電;當功率開關M截止時,此時二極體D1導通,直流對直流轉換電路12以第一輸入端I1與第二輸入端I2之間的電壓對第一電容C1充電,且電感L對第二電容C2放電。換句話說,切換信號CS的責任週期控制直流對直流轉換電路12之功率開關M導通或截止,而功率開關M導通或截止時間為對電感L的充電或放電的時間。
具體而言,當功率開關M導通時,此時二極體D1截止,第一輸入端I1的電流對電感L儲存能量以及第一輸入端I1與第二輸入端I2之間的電壓對第一電容C1儲存能量,如圖3A所示。其中Vi為第一輸入端I1與第二輸入端I2之間的電壓,Vo為第一輸出端O1與第二輸出端O2之間的電壓,Vo1為第一電容C1的電壓,Vo2為第二電容C2的電壓,VDS為功率開關M源極S與汲極D的電壓,VD1為二極體D1的電壓,VL為電感L的電壓,IDS為功率開關M的電流,ID1為二極體D1的電流,IL為電感L的電流,IC1為第一電容C1的電流。
當功率開關M導通時間為0tDTs,電感L的導通電流IL為:,其中D為責任週期,TS為週期,DTS為功率開關M導通時間,L為電感量。當功率開關M截止時,此時二極體D1導通,以第一輸入端I1與第二輸入端I2之間的電壓對第一電容C1充電,而電感L將釋放儲存電流並輸出至第二電容C2,於第二電容C2儲存電壓,如圖3B所示。其中二極體D1導通時間為DTs tTs,電感L的導通電流IL為:,其中(1-D)TS為功率開關M截止時間。
由於直流對直流轉換電路12在穩態時,電感L的導通電流IL為:,利用伏特秒平衡法則,得知輸入與輸出轉移函數為,第一電容C1串接昇降壓轉換電路122,且第一電容C1自第一輸入端I1串接至第二輸出端O2,所以,第一電容C1的第二端的電壓可表示為V o 2=V o -V i ,代入式中,由此可知,直流對直流轉換電路12的轉移函數可以表示為:。值得一提的是,直流對直流轉換電路12的輸出電壓恆大於輸入電壓,當責任週期變小時,經由昇降壓轉換電路122處理電能越小,所以輸入電壓越高則轉換效率越高。
圖4繪示本發明一實施例的太陽能光電發電系統之直流對直流轉換電路的電壓與電流波形圖。請同時參照圖3與圖4。。圖4中VGS、VDS、VD1與VL為電壓波形訊號,而IDS、ID1與IL為電流波形訊號,其中VDS與IDS分別為功率開關M的電壓與相對應電流波形訊號,VD1與ID1分別為二極體D1的電壓與相對應電流波形訊號,VL與IL分別為電感L的電壓與相對應電流波形訊號。當功率開關M的閘極G耦接於切換信號CS時,切換信號CS控制功率開關M作動說明如下:
VGS為功率開關M的閘極G與源極S的觸發電壓。當功率開關M的觸發電壓VGS大於一臨限值(Threshhold)後,功率開關M導通,反之,則功率開關M截止,其中D為責任週期,TS為週期,DTS為功率開關M導通時間,(1-D)TS為功率開關M截止時間。
VDS與IDS分別為功率開關M的汲極D與源極S的電壓與電流。當功率開關M導通時,功率開關M的電壓VDS為0,功率開關M的電流IDS持續增加,表示以第一輸入端I1的電流對電感L充電;當功率開關M截止時,功率開關M的電壓VDS等於第一輸入端I1與第二輸入端I2之間的電壓Vi與第一輸出端O1與第二輸出端O2之間的電壓Vo之和(Vi+Vo),功率開關M的電流IDS為0。
VD1與ID1分別為二極體D1的電壓與電流。當功率開關M導通時,此時二極體D1截止,二極體D1的電壓VD1為第一輸入端I1與第二輸入端I2之間的電壓Vi與第一輸出端O1與第二輸出端O2之間的電壓Vo之和的負數-(Vi+Vo),二極體D1的電流ID1為0;反之,當功率開關M截止時,二極體D1導通,二極體D1為順向偏壓導通的觸發電壓VD1,二極體D1的電流ID1持續減少,電感L對第二電容C2放電。
VL與IL分別為電感L的電壓與電流。當功率開關M導通時,此時二極體D1截止,電感L的電壓VL為第一輸入端I1與第二輸入端I2之間的電壓Vi,且電感L的電流IL增加,表示以第一輸入端I1的電流對電感L充電;反之,當功率開關M截止時,二極體D1導通,電感L的電壓VL為第一輸出端O1與第二輸出端O2之間的電壓V02的負數,電感L的電流IL減少,表示電感L對第二電容C2放電。
舉例來說,以單位時間週期TS為例,功率開關M在DTS時距內切換一觸發電壓VGS,在(1-D)TS時距內切換一電壓0;二極體D1在DTS時距內切換一電壓-(Vi+Vo),在(1-D)TS時距內切換一觸發電壓VD1;電感L在DTS時距內切換一電壓Vi,在(1-D)TS時距內切換一電壓Vo2。換句話說,在DTS時距內以第一輸入端I1的電流對電感L充電,電感L的電壓為Vo,在(1-D)TS時距內電感L對第二電容C2放電,電感L的電壓為Vi,值得注意的是,功率開關M、二極體D1與電感L的電壓與電流波形圖僅為示意,本實施例不限制於圖4。
圖5為根據本發明一實施例的太陽能光電發電系統的最大功率追蹤的控制流程圖。請合併參照圖1~圖5。關於太陽能光電元件的最大功率追蹤法之判斷原理及實現方法,其工作原理說明如下:
由太陽能光電元件10的輸出電壓VPV及輸出電流IPV計算出目前的輸出功率PPVn,而目前的輸出功率PPVn比較前一個的輸出功率PPVn-1,並觀察、比較目前的輸出功率PPVn與前一個的輸出功率PPVn-1變動的趨勢,以決定增加或減少下一責任週期。當目前的輸出功率PPVn大於前一個的輸出功率PPVn-1,而輸出功率變動呈現上升的趨勢,則將繼續朝同一方向變動,其中目前的輸出電壓VPVn大於前一個的輸出電壓VPVn-1,則增加責任週期,如目前的輸出電壓VPVn小於前一個的輸出電壓VPVn-1,則減少責任週期。
當目前的輸出功率PPVn小於前一個的輸出功率PPVn-1,而輸出功率變動呈現下降的趨勢,則將反轉方向變動,其中目前的輸出電壓VPVn大於前一個的輸出電壓VPVn-1,則減少責任週期,如目前的輸出電壓VPVn小於前一個的輸出電壓VPVn-1,則增加責任週期。如此反覆地擾動、觀察及比較,使太陽能光電元件10達到最大功率點。
太陽能光電發電系統之最大功率追蹤法則中,若擾動後輸出功率隨著增加,則維持目前擾動方向不變;反之若擾動後輸出功率隨著減少,則以反轉擾動方向,其詳細動作:
步驟S510:初始化設定,如將類比訊號轉換為數位訊號,以脈衝寬度調變方式產生訊號,以計時器計時、、、等,當相關設定後,對太陽能光電元件10輸出訊號取樣並計算輸出電壓VPV與輸出電流IPV後,再進行步驟S512。
步驟S512:根據輸出電壓VPV與輸出電流IPV計算出目前的輸出功率PPVn,再進行步驟S514。
步驟S514:判斷目前的輸出功率PPVn是否等於前一個的輸出電功率PPVn-1,如判斷為是,則進行步驟S516。換句話說,太陽能光電元件10輸出功率達最大功率點,如判斷為否,則進行步驟S518。
步驟S516:將目前的輸出功率PPVn儲存為前一個輸出功率PPVn-1後,再重新此控制流程之步驟S510。換句話說,將目前的輸出功率PPVn作為下一最大功率追蹤控制流程的比較基準。
步驟S518:判斷目前的輸出功率PPVn是否大於前一個輸出功率PPVn-1,如判斷為是,表示輸出功率增加,則進行步驟S520,如判斷為否,表示輸出功率下降,則進行步驟S526。換句話說,以目前的輸出功率PPVn比較前一個輸出功率PPVn-1,以確定增加或減少下一責任週期。於追蹤最大功率點過程將執行一個功率比較的判斷,判斷式為PPVn>PPVn-1,如判斷式成立,為保持切換信號CS不變,則進行步驟S520;如否,為反轉切換信號CS,則進行步驟S526。
步驟S520:判斷目前的輸出電壓VPVn是否大於前一個輸出電壓VPVn-1,如判斷為是,則進行步驟S522,如判斷為否,則進行步驟S524。
步驟S522:最大功率追蹤控制單元增加下一切換信號CS的責任週期,並進行步驟S516。
步驟S524:最大功率追蹤控制單元減少下一切換信號CS的責任週期,並進行步驟S516。
步驟S526:判斷目前的輸出電壓VPVn是否大於前一個輸出電壓VPVn-1,如判斷為是,則進行步驟S528,如判斷為否,則進行步驟S530。
步驟S528:最大功率追蹤控制單元減少下一切換信號CS的責任週期,並進行步驟S516。
步驟S530:最大功率追蹤控制單元增加下一切換信號CS的責任週期,並進行步驟S516。
綜上所述,本發明利用電容串接昇降壓轉換電路之直流對直流轉換電路,由直流對直流轉換電路的第一輸入端至第二輸出端直接供應儲存電壓給第一電容,並降低電壓轉換處理的電磁損耗功率,進而運用於太陽能光電模組以追蹤最大功率點,當太陽能光電模組並聯耦接直流對交流轉換單元時,各太陽能光電模組能追蹤最大功率點並輸出功率。此架構解決遇陰影、遮蔽物及不同太陽能光電模組無法匹配時,可以擷取各太陽能光電模組之最大輸出功率。
雖然本發明之較佳實施例已揭露如上,然本發明並不受限於上述實施例,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明所揭露之範圍內,當可作些許之更動與調整,因此本發明之保護範圍應當以後附之申請專利範圍所界定者為準。
I1...第一輸入端
I2...第二輸入端
O1...第一輸出端
O2...第二輸出端
I、IL、IC1、IDS、ID1、IPV、IPVn、IPVn-1...電流
V、Vi、Vo、Vo1、Vo2、VGS、VDS、VD1、VL、VPV、VPVn、VPVn-1...電壓
CS...切換信號
C1、C2、C3...電容
D1...二極體
L...電感
M...功率開關
PPVn、PPVn-1...功率
1...太陽能光電模組
2...直流對交流轉換單元
10...太陽能光電元件
12...直流對直流轉換電路
14...最大功率追蹤控制單元
122...昇降壓轉換電路
G...閘極
S...源極
D...汲極
S510~S530...控制流程步驟
圖1為根據本發明一實施例之太陽能光電發電系統之方塊圖。
圖2A為根據本發明一實施例之太陽能光電發電系統之直流對直流轉換電路之電路圖。
圖2B為根據圖2A之本發明另一實施例之太陽能光電發電系統之直流對直流轉換電路之電路圖。
圖3A與圖3B繪示本發明一實施例的太陽能光電發電系統的直流對直流轉換電路作動之電路圖。
圖4繪示本發明一實施例的太陽能光電發電系統之直流對直流轉換電路的電壓與電流波形圖。
圖5為根據本發明一實施例的太陽能光電發電系統的最大功率追蹤的控制流程圖。
I1...第一輸入端
I2...第二輸入端
O1...第一輸出端
O2...第二輸出端
Vi、Vo、Vo1、Vo2...電壓
C1、C2...電容
D1...二極體
L...電感
M...功率開關
12...直流對直流轉換電路
122...昇降壓轉換電路
G...閘極
S...源極
D...汲極
Claims (10)
- 一種直流對直流轉換電路,用於耦接一太陽能光電元件、一直流對交流轉換單元與一最大功率追蹤控制單元,包括:一昇降壓轉換電路,具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第一輸出端與一第二輸出端;以及一第一電容,具有一第一端與一第二端,該第一電容的該第一端耦接該第二輸入端,該第一電容的該第二端耦接於該昇降壓轉換電路之該第一輸入端與該第二輸出端之間,並由該第一輸入端至該第二輸出端直接供應一儲存電壓給該第一電容;其中該直流對直流轉換電路受控於該最大功率追蹤單元的一切換信號的責任週期(Duty Cycle),該切換信號控制該昇降壓轉換電路導通或截止來轉換形成一調節電壓,該調節電壓與該第一電容的該儲存電壓用以供電給該直流對交流轉換單元,且該最大功率追蹤控制單元根據該太陽能光電元件的一輸出功率與一輸出電壓動態調整該切換信號的責任週期,以追蹤一最大功率點。
- 如申請專利範圍第1項所述的直流對直流轉換電路,其中該昇降壓轉換電路,包括:一第二電容,具一第一端與一第二端,該第二電容的該第一端耦接於該第一輸出端,該第二電容的該第二端耦接於該第一電容的該第一端;一第三電容,耦接於該第一輸入端與該第二輸入端之間;一電感,具有一第一端與一第二端,該電感的該第二端耦接於該第二輸入端;一功率開關,具有一閘極、一源極與一汲極,該源極耦接該電感的該第一端,該汲極耦接該第一輸入端,其中該功率開關的該閘極耦接於該切換信號;以及一二極體,具有一陽極與一陰極,該陽極耦接該第二電容的該第一端,該陰極耦接該電感的該第一端與該功率開關的該源極。
- 如申請專利範圍第1項所述的直流對直流轉換電路,其中該直流對交流轉換單元為一直流對交流轉換器(DC/AC Converter)或一逆變器(Inverter)。
- 一種太陽能光電發電系統,包括:一直流對交流轉換單元;以及多個太陽能光電模組,該些太陽能光電模組並聯耦接於該直流對交流轉換單元,其中每一太陽能光電模組包括:一太陽能光電元件;一最大功率追蹤控制單元,耦接於該太陽能光電元件,根據該太陽能光電元件的一輸出功率與一輸出電壓,調整一切換信號;以及一直流對直流轉換電路,耦接於該太陽能光電元件、該直流對交流轉換單元與該最大功率追蹤控制單元之間,該直流對直流轉換電路包括:一昇降壓轉換電路,具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第一輸出端與一第二輸出端;以及一第一電容,具有一第一端與一第二端,該第一電容的該第一端耦接該第二輸入端,該第一電容的該第二端耦接於該昇降壓轉換電路之該第一輸入端與該第二輸出端之間,並由該第一輸入端至該第二輸出端直接供應一儲存電壓給該第一電容;其中該直流對直流轉換電路受控於該最大功率追蹤單元的該切換信號的責任週期(Duty Cycle),該切換信號控制該昇降壓轉換電路導通或截止來轉換形成一調節電壓,該調節電壓與該第一電容的該儲存電壓用以供電給該直流對交流轉換單元,且該最大功率追蹤控制單元根據該太陽能光電元件的該輸出功率與該輸出電壓動態調整該切換信號的責任週期,以追蹤一最大功率點。
- 如申請專利範圍第4項所述的太陽能光電發電系統,其中該昇降壓轉換電路,包括:一第二電容,具一第一端與一第二端,該第二電容的該第一端耦接於該第一輸出端,該第二電容的該第二端耦接於該第一電容的該第一端;一第三電容,耦接於該第一輸入端與該第二輸入端之間;一電感,具有一第一端與一第二端,該電感的該第二端耦接於該第二輸入端;一功率開關,具有一閘極、一源極與一汲極,該源極耦接該電感的該第一端,該汲極耦接該第一輸入端,其中該功率開關的該閘極耦接於該切換信號;以及一二極體,具有一陽極與一陰極,該陽極耦接該第二電容的該第一端,該陰極耦接該電感的該第一端與該功率開關的該源極。
- 如申請專利範圍第4項所述的太陽能光電發電系統,該直流對交流轉換單元為一直流對交流轉換器(DC/AC Converter)或一逆變器(Inverter)。
- 如申請專利範圍第4項所述的太陽能光電發電系統,其中當該太陽能光電元件的該輸出功率增加且該輸出電壓增加時,則該最大功率追蹤控制單元增加該切換信號的責任週期。
- 如申請專利範圍第4項所述的太陽能光電發電系統,其中當該太陽能光電元件的該輸出功率增加且該輸出電壓下降時,則該最大功率追蹤控制單元減少該切換信號的責任週期。
- 如申請專利範圍第4項所述的太陽能光電發電系統,其中當該太陽能光電元件的該輸出功率下降且該輸出電壓增加時,則該最大功率追蹤控制單元減少該切換信號的責任週期。
- 如申請專利範圍第4項所述的太陽能光電發電系統,其中當該太陽能光電元件的該輸出功率下降且該輸出電壓下降時,則該最大功率追蹤控制單元增加該切換信號的責任週期。
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