TWI357203B - Solar energy charging/discharging system - Google Patents

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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Description

1357203 點下運作。然而
此種系統存在製造成本較高及系統較繁雜之缺 據統計，-年平均的晴天數有2〇〇天左右。並且，在一天當 巾、’太陽能電池大致上於早上10點至下午2點（即高日照時段) y以在最大操作電壓點下運作。也就是說，習知的太陽能電池因 - X·負載’在—年當中僅有_小時可以在最絲作電壓點下 運作。因此’使太陽能電池於低日照下仍可在最大操作電壓點下 運作以增進其使用效能實為刻不容緩的議題。 • 因此，本發明之主要範脅在於提供一種太陽能充電/放電系統 及基於一太陽能電池之充電/放電方法，以解決上述問題。 【發明内容】 本發明之一範疇在於提供一種太陽能充電/放電系統(s〇lar energy charging/discharging system)及基於一太陽能電池㈣批 cem 之充電/放電方法。 根據本發明之一具體實施例，該太陽能充電/放電系統包含一 太陽能電池(solar cell)、一超電容(SUper_capacit〇r)以及一開關。 該太陽能電池用以收集一太陽能並且將該太陽能轉換成一電 能。該超電容係耦接至該太陽能電池。該超電容及該太陽能電池 係透過該開關耦接至一負載。該超電容係根據一門檻值電壓選擇 性地被充電/政電。 根據本發明之另一具體實施例為一種基於一太陽能電池(s〇lar cell)之充電/放電方法。該太陽能電池用以收集一太陽能並且將該 太陽能轉換成一電能·。一超電容係耦接至該太陽能電池。該超電 容及該太陽能電池係透過一開關耦接至一負載。 該方法首先偵測該超電容之一跨壓。接著’該方法比較該跨 6 1357203 壓與一門檻值電壓。如果該跨壓係低於該門檻值電壓’該方法則 開啟該開關，致使該太陽能電池以該電能對該超電容充電。 才^，本發明之另一具體實施例為一種太陽能充電/放電系統。 該太iW此充電/放電系統包含一太陽能電池、一第一超電容以及一 第二超電容。 該^陽能電池用以收集一太陽能並且將該太陽能轉換成一電 能。，第一超電容係透過一第一開關耦接至該太陽能電池並且透 過了第二開關耦接至一負載。該太陽能電池係透過該第一開關及 該第二^關減至該負載。該第二超電容係透過—第三開關麵接 至該太陽能電池並且透過一第四開關耦揍至該負載。該太陽能電 池係透過該第三開關及該第四開關耦接至該負載。 相較於先前技術，根據本發明之太陽能充電/放電系統在低曰 照下先將電能提供至一阻抗值較低之超電容。由於超電容的阻抗 非丰低，故太陽能電池仍可以在接近最大操作電壓點下運作。因 此’根據本發明之太陽能充電/放電纽不論在高日照或低日 皆可以在接近最大操作電壓點下運作，以增進太陽能電池之^
所附圖式得 本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及 到進一步的瞭解。 【實施方式】 之 太陽以A係_本發明之-具體實施例 池電⑷包含一太陽能電 並且具有 超電容12為擁有高功率、高能量的能源儲存器， 7 1357203 以下優點：（1)單位是法拉(F)，電容量是一般電容器的百萬倍；（2) 充放電皆比電池快許多；（3)充放電的次數可達十萬次以上，而一 般充電電池僅能充放電300-2000次；以及(4)非常低的負载。 該太陽能電池10用以收集一太陽能並且將該太陽能轉換成 一電能。該超電容12係耦接至該太陽能電池10。該超電容12及 該太陽能電池10係透過該開關14輕接至一負載16。該超電容 12係根據一門檻值電壓選擇性地被充電/放電。 於實際應用中，該負載16可以是一電流轉換器(例如，DC-to-DC轉換器或DC-to-AC轉換器）、一儲能裝置(例如，充電電池) 或市電，但不以此為限。 請參閱圖三B。圖三B係繪示由圖三A延伸之另一具體實施 例之太1¼能充電/放電系統1。如圖三B所示，該太陽能充電/放 電系統1進一步包含一電壓偵測裝置18(voltage-detecting device) ’該電壓偵測裝置18用以偵測該超電容12之一跨壓。 當該超f容I2之該跨壓低於該門檻值·電壓時，該開關14被 開啟致使該太陽能電池1〇以該電能對該超電容充電。當該超 電容^2被充飽後，該開關14被關閉致使該太陽能電池1〇及該 超電容12提供電力至該負載16，當該超電容12之該跨壓低於該 門播值電壓時’該開關Η再度被開啟’致使該太陽能電池1〇以 該電能再度對該超電容12充電。 請參閱圖四，圖四係繪示根據本發明之太陽能充電/放電系統 1於不同日照程度下的功率-電壓特徵曲線圖。 、· '· 如圖四所示，圖Ρ中的l/ZSc代表該超電容12的倒阻拣特徵 線，lfL代表負載16的倒阻抗特徵線。由於該超電容12在低頻 =阻抗值較高，即使在低日照下，太陽能電池1〇仍可以在接近 最大操作電壓點P3下運作’並將電能先儲存至該超電容.12中， 8 1357203 以供後續的利用。相較之下，若太陽能電池1〇在低日照下直接 供電至負載I6，太陽能電池10只能在偏低的操作電壓點p 作，導致其發電功率大幅降低。 /月參閱圖五。圖五係根據本發明之太陽能充電系統及單一之 ^陽能電池分別對負載提供電力時之功率—時間關係之量測社 果。如圖五所示’單-之太陽能電池對負載供電之平均 方之橫線）。她之下’根縣發明之太陽能ϊ 電糸統於一個週期内對負載供電之最大功率可到0.532W，而平 均功率也達到〇.145W，比單一太陽能電池的平均功率〇 〇卿 因此’根據本發明之太陽能充電系統的確具有較高之供 -豆二六並配合參閱圖三Α。圖六係繪示根據本發明之另 實施例之-種基於—太陽能電池1G之充電/放電方法 程圖。 —雷·ί1G用以收集—太陽能紅將該太陽能轉換成 月b °電谷12係輕接至該太陽能電池。該超電容I]及 該太陽能電池10係透過一開關14耦接至一負載16。 該方法首先執行步驟S1〇〇，以偵測該超電容12之一跨壓。 值電^著，財法執行錄證，跨壓是祕於一門檻 p㈣壓係低於該門檀值電壓，該方法執行步驟S104以 ，致使讀太陽能電池10以該電能對該超電容12 電。 被充飽後，亦即該超電*12之讀跨壓係高於 U ώ U方法執行步驟S106以關閉該開關14，致使該 1357203 I » 太陽能電池10及該超電容12提供電力至該負載16。 如果該超電容12因放電使得該跨壓係低於該門檻值電壓 時’該方法則再度開啟該開關14，致使該太陽能電池1〇以該電 能再度對該超電容12充電。 請參閱圖七A。圖七A係繪示根據本發明之另一具體實施例 之太陽能充電/放電系統2。 · 如圖七A所示，該太陽能充電/放電系統2包含一太陽能電 池2〇、一第一超電容22以及一第二超電容3〇。 該太陽能電池20用以收集一太陽能並且將該太陽能轉換成 一電能。該第一超電容22係透過一第一開關24耦接至該太陽能 電池20並且透過一第二開關26耦接至一負載28。該太陽能電池 20係透過該第一開關24及該第二開關26耦接至該負載28。該 .第二超電容30係透過一第三開關32耦接至該太陽能電池20並 且透過一第四開關34耦接至該負載28。該太陽能電池20係透過 該第·三開關32及該第四開關34耦接至該貞載28 ' 該第一超電容22係根據一第一門檻值電壓選擇性地被充電/ # 放電，並且該第二超電容30係根據一第二門檻值電壓選擇性地 被充電/放電。 請參閱圖七B。圖七B係緣示由圖七A延伸之另一具體實施 .例之太陽能充電/放電系統2。如圖七B所示，該太陽能充電/放 ’ 電系統2進一步包含一第一電壓偵測裝置36及一第二電壓偵測 裝置38，分別用β偵細該第一超電容22之一第一跨壓及該第二 超電容30之一第二跨壓。 當該第一超電容22之該第一跨壓低於該第一門檻值電壓 時，該第一開關24被關閉並且該第二開關26被開啟，致使該太 10 丄357203 陽能電池20以該電能對該第一超電容22充電。 當該第一超電容22被充飽後，該第一開關24被開啟並且該 第二開關26被關閉，致使該第一超電容22提供電力至該負^ 。當該第一超電容22之該第一跨壓低於該第一門檻^電壓 時’該第一開關24再度被關閉並且該第二開關26再度;^開啟。 士當該第二超電容30之該第二跨壓低於該第二門捏值電壓 時’該第三開關32被關閉並且該第四開關34被開啟，二秭蚌女 陽能電池20以該電能對該第二超電容3〇充電。Μ致使該太 田該第一超電谷30被充飽後，該第三開關32被開啟並且該 四開關34被關閉，致使該第二超電容3〇提供電力至該# 2 :當該第二超電容30之該第二跨壓低於該第SHI 、’該第三開關32再度被關閉並且該第四開關34再度被開啟。 昭j較於先前技術，根據本發明之太陽能充電/放電系統在低曰 =工先將電能提供至一阻抗值較低之超電容。由於超電容的阻抗 吊S*，故式陽能電池仍可以在接近最大撫作電霉點下運作。因 比可根據本發明之太陽能充電/放電祕*論在高日照或低日照下 以在接近最大操作點下運作，明進太陽能電池之使用 _猎由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本 特?，精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對 以限制。相反地’其目的是希望能涵蓋各種改變 ”相等性的安排，本發明所欲申請之專利範圍的範轉内。 1357203 【圖式簡單說明】 圖一係繪示一太陽能電池於不同日照程度下的功率-電壓特 徵曲線圖。 圖二係繪示最大功率點追縱系統之示意圖。 圖三A係繪示根據本發明之一具體實施例之太陽能充電/放 電系統。 圖三B係繪示由圖三A延伸之另一具體實施例之太陽能充電 /放電系統。 圖四係繪示根據本發明之太陽能充電/放電系統於不同日照程 度下的功率-電壓特徵曲線圖。 圖五係根據本發明之太陽能充電系統及單一之太陽能電池分 別對負載提供電力時之功率-時間關係之量測結果。 圖六係繪示根據本發明之另一具體實施例之二種基於一太陽 能電池之充電/放電方法之流程圖。 圖七A係繪示根據本發明之另一具體實施例之太陽能充電/ 放電系統。 圖七B係緣不由圖七八延伸之另一具體實施例之太陽能充電 /放電系統。 【主要元件符號說萌】 1:太陽能充電系滅. 10:太陽能電池 14 :開關 12 :超電容 12 1357203 . > _ ., ° i〇0年7月^日噠/a替據頁 發旦月專利說明書 公告本 (本說明書格式、順序及粗體字，請勿任意更動，※記號部分諳勿填___ ※申請案號：/3〇 ※申請曰期：f众夂及 一、發明名稱··（中文/英文)
※IPC分類： H〇lL ’。7 (2006.01) ^ ί/〇ϋ (2006.01)
太陽能充電/放電系統/ SOLAR ENERGY CHARGING/DISCHARGING SYSTEM —、申晴人.（共1人） 姓名或名稱：（中文/英文）（簽章）Π) :46804804 國立清華大學 /National Tsing Hua University □指定 為應受送達人 代表人：（中文/英文）（簽章）陳力俊/CHEN，LIH jUANN 住居所或營業所地址：（中文/英文） 30013 新竹市光復路二段 ιοί 號 / 1〇1，Section 2，Kuang-Fu Road，Hsinchu，
Taiwan 30013, R.O.C. 國籍：（中文/英文）中華民國/TW 電話/傳真/手機：03-5Ή5131 e-mail ： 二、發明人：（共2人） 姓名：（中文/英文） L 葉哲良/YEH，JER-LIANG 2·李嘉晏/LEE，JIA-YAN 國籍：（中文/英文）
^中華民國/TW 2*中華民國/TW 1 (〇t)年气月21曰修正替換頁 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種太陽能充電/放電系統(solar energy charging/discharging system)及基於一太陽能電池(s〇lar cell)之充電/ 放電方法。 【先前技術】 太陽能電池因為其將發自一光源(例如，太陽光)的光能轉換 成電能’以操控例如’計算機、電腦等電子裝置或供市電使用， 所以太陽能電池已被廣泛地使用。 請參閱圖一。圖一係繪示一太陽能電池於不同日照程度下的 功率-電壓特徵曲線圖。如圖一所示’理所當然地，太陽能電池 於高日照下的發電功率較低日照下為高。此外，圖一中的1/Zlr 表作為太陽能電池之負載的倒阻抗特徵線。該負載可以是電流轉 換器、儲存裝置(例如，充電電池)或市電等。 需注意的是，負載的倒阻抗特徵線與太陽能電池的功率_電 壓特徵曲線之交點即代表太陽能電池的操作電壓點。如圖一所 示，於高日照下，太陽能電池可以在接近最大操作電壓點ρι下 運作。然而，於低日照下，太陽能電池只能在偏低的操作電壓點 P2下運作，導致其發電功率大幅降低。 命於先前技術中，於Solar Energy 81 (2007) 31-38之期刊中已 揭路一種最大功率點追蹤(maximum p〇werp〇int如此叩，MppT)系 統以調整太陽能電池之操作電壓點。請參閱圖二。圖丄係繞示^ ，大功率點追料統之示意圖，最大功率點追蹤纽係藉由一 ^流：直流轉換器及魏—軟體，隨時伽太陽能電池之輸出電 堊Vi及電流h並加以調整，使得太陽能電池能保持在最大功率 1357203 (〇〇年9月丨4日修正替換頁 16:負載 18 2 :太陽能充電/放電系統 22 24 :第一開關 26 ： 28 :負載 30 ： 3；2 :第三開關 34 ： 36 :第一電壓偵測裝置 38 ： 20 :太陽能電池 :電壓偵測裝置 :第一趄電容 :第二開關 :第二超電容 第四開關 第二電壓偵測裝置 13

Claims (1)

1357203 \〇〇年rj月14日修正替換頁 十、申請專利範圍： 1、 一種太陽能充電/放電系統(solar energy charging/diseharging system)，該太陽能充電/放電系統包含： 一太陽能電池(solar cell)，該太陽能電池用以收集一太陽能並 且將該太陽能轉換成一電能； 一第一超電容(super-capacitor) ’該第一超電容係透過一第一 開關輕接至該太陽能電池並且透過一第二開關麵接至一負 載’該太陽能電池係透過該第一開關及該第二開關耦接至 該負載；以及 一第二超電容’該第二超電容係透過一第三開關耦接至該太 陽能電池並且透過一第四開關搞接至該負載，該太陽能電 池係透過該第三開關及該第四開關耦接至該負載。 2、 如申請專利範圍第1項所述之太陽能充電/放電系統，其中該第一 超電容係根據一第一門檻值電壓選擇性地被充電/放電，該第二 超電容係根據一第二門檻值電壓選擇性地被充電/放電。 3、 如申請專利範圍第2項所述之太陽能充電/放電系統，進一步包含 一第一電壓伯測裝置(voltage-detecting device)及一第二電壓偵測 裝置，分別用以偵測該第一超電容之一第一跨壓及該第二超電 容之一第二跨壓。 4、 如申請專利範圍第3項所述之太陽能充電/放電系統，其中當該第 了超電容之該第一跨壓低於該第一門檻值電壓時，該第一開關 被關閉並且該第二開關被開啟，致使該太陽能電池以該電能對 該第一超電容充電。 5、 如申請專利範圍第4項所述之太陽能充電/放電系統，其中當該第 —超電容被充飽後，該第一開關被開啟並且該第二開關被關 閉，致使該第一超電容提供電力至該負載，當該第一超電容之 該第一跨壓低於該第一門檻值電壓時，該第一開關被關閉並且 14 1357203 1 .......... € 00年？月(呼日修正替換頁 該第二開關被開啟 6、 如申請專利範圍第5項所述之太陽能充電/放電系統，其中當該 二超電容之該第二跨壓低於該第二門檻值電壓時，該第關 被關閉並且該第四開關被開啟，致使該太陽能電池以該電能對 該第二超電容充電。 7、 如申請專利範圍第6項所述之太陽能充電/放電系統，其中當該第 二超電容被充飽後’該第三關被開啟並且該第四開關被關 閉，^使該第二超電容提供電力至該負載，當該第二超電容之 1=^:隨綱，_三關被關閉並且 8'm/。1物之廊練帽統，其中該負載 9 、二請儲專能?置圍第1項所述之廳充電/放電系統 ，其中該負載 15
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