TWI383283B - 太陽能板最大功率追蹤方法及電路 - Google Patents

Description

太陽能板最大功率追蹤方法及電路

本發明是有關於一種太陽能板(photo-voltaic array)的應用，且特別是有關於一種太陽能板最大功率追蹤方法及電路。

隨著石化能源的枯竭，如太陽能等再生能源之開發，已成為現今追求綠色能源之一大趨勢，因此，太陽能發電系統也已廣泛地應用於家庭電器設備、通訊系統、交通號誌與照明系統等之供電設備中。

請參考圖1所示，在太陽能發電系統的應用中，通常是以太陽能板11來將太陽能轉換為電能，再經轉換器(Converter)12或換流器(Inverter)供電至負載13。其中，為了能夠提高太陽能板11的使用效能，並使用圖中包括最大功率追蹤單元151、電流控制單元152、脈波寬度調變單元153與閘極驅動單元154之最大功率追蹤電路15，來控制將太陽能板11操作在最大功率點(Maximum Power Point，簡稱MPP)上。

請參考圖2所示，其為習知之一種太陽能板的光電特性曲線。由圖中可知，在不同太陽能照度的情況下，太陽能板之輸出功率P_PV ，係隨著太陽能輸出照度的增加而增加，而在相同太陽能照度的情況下，則太陽能板之輸出功率P_PV ，將依圖中之最大功率點P_MAX 區分為A區與B區。當太陽能板操作在A區時，太陽能板之輸出功率P_PV 會隨著太陽能板之輸出電壓V_PV 之增加而增加，而當太陽能板操作在B區時，太陽能板之輸出功率P_PV 則隨著太陽能板之輸出電壓V_PV 之增加而下降。

因此，習知乃經常使用一種擾動與觀察法，來追蹤太陽能最大功率，其追蹤之操作示意圖如圖3所示。圖中，實線代表太陽能板在同一照度下之光電特性曲線；實線上方之虛線代表增載時之功率操作曲線；實線下方之虛線代表降載時之功率操作曲線。

如圖所示，當太陽能板操作在B區時，假設負載功率由D1增載至C11，此時由於負載功率應與太陽能板之輸出功率相等，故太陽能板之實際工作點將會往實線方向平行移動而操作在D2點。同理，當負載功率繼續增載而由D2往C12移動時，太陽能板的工作點也將由C12往D3點平行移動。依此類推，當負載功率持續增載至C1(m-1)點時，也將因為太陽能板之輸出功率等於負載功率，使得太陽能板操作在最大功率點Dm上。

此時，如再次增載至C1m點，太陽能板之操作將進入A區，且因負載是由太陽能板所提供，故當負載增載至C1m點時，其實際的操作電壓應與太陽能板的輸出電壓相同，或負載端電壓應與太陽能板輸出電壓V_PV 有K_V 值比例關係(K_V 值為轉換器輸出對輸入電壓的轉移函數)，依照負載端電壓與太陽能板輸出電壓V_PV 之轉換關係，亦可找到C1m對應於太陽能板光電特性曲線上的點Dm+1。圖中，假設K_V 值等於1，則負載端電壓與太陽能板輸出電壓V_PV 相等，因此太陽能板上之實際工作點將會往實線方向垂直移動而操作在Dm+1點。同理，當負載繼續增加，太陽能板之實際工作點也將逐漸由Dm往Dn移動，最後會移動到O點。

反之，當負載功率由太陽能板光電特性曲線上的Dn點降低至C2(n-1)時，假設K_V 值等於1，則負載端電壓與太陽能板輸出電壓V_PV 相等，因此太陽能板上之實際工作點將會往實線方向垂直移動而操作在Dn-1上。依此類推，太陽能板的工作點將隨著負載功率降低而往最大功率點Dm移動，且若繼續降低負載時，太陽能板的工作點將由Dm繼續往D1的方向移動。

故知，圖1之最大功率追蹤單元151所應用之追蹤太陽能板最大功率的擾動與觀察法，乃是以偵測增降載操作前後之太陽能板之輸出功率P_PV 與輸出電壓V_PV 的變化，來判斷太陽能板是工作在A或B區，再據以決定下一步應進行增載或降載操作，使太陽能板之工作點，得以往光電特性曲線上的最大功率點Dm移動，進而操作在最大功率點Dm上，或在最大功率點Dm附近擾動。

請參考圖4所示，其為習知之一種太陽能板使用擾動與觀察法追蹤最大功率之操作流程圖。在步驟41中，最大功率追蹤單元151會偵測太陽能板之輸出電壓V_PV (V_n )與輸出電流I_PV (I_n )、並據以計算出其輸出功率P_PV (P_n )，然後進入步驟411，以判斷增降載操作前、後太陽能板的輸出功率P_b 、P_n 之變化，且當增降載操作後太陽能板的輸出功率變大時，進入步驟412以判斷增降載操作前、後太陽能板的輸出電壓V_b 、V_n 之變化，如增降載操作後太陽能板的輸出電壓也變大時，代表太陽能板操作在A區，應執行步驟413，以藉由設定增降載操作命令D=1，來進行降載操作，而如增降載操作後太陽能板的輸出電壓變小時，代表太陽能板操作在B區，應執行步驟414，以藉由設定增降載操作命令D=0，來進行增載操作。

反之，當步驟411判斷增降載操作後之太陽能板輸出功率並未變大時，進入步驟421中，以決定增降載操作後之太陽能板輸出功率究係變小或不變。如係變小時，再進入步驟422以判斷增降載操作前、後太陽能板的輸出電壓V_b 、V_n 之變化，如增降載操作後太陽能板的輸出電壓也變小時，代表太陽能板操作在A區，應執行步驟424，以藉由設定增降載操作命令D=1，來進行降載操作，而如增降載操作後太陽能板的輸出電壓變大時，代表太陽能板操作在B區，應執行步驟423，以藉由設定增降載操作命令D=0，來進行增載操作。

另如在步驟421中判斷增降載操作後之太陽能板輸出功率並未變動時，則應進入步驟431，以判斷增降載操作前、後太陽能板的輸出電壓V_b 、V_n 之變化，且如未變動時，代表太陽能板已操作在最大功率點上，而無須執行增載或降載之操作。其後，再分別進入步驟45，以將增降載操作後之太陽能板之輸出功率P_n 與輸出電壓V_n ，更新為增降載操作前之太陽能板之輸出功率P_b 與輸出電壓V_b 值，以供下一回合之操作使用。

圖1中，當電流控制單元152接收最大功率追蹤單元151之增降載操作命令、且負載13電壓V₀ 係為固定時，即可依據所偵測之負載電流I₀ 與增降載預設電流差值ΔI，來計算增降載操作之目標負載電流I_ref ，藉以調整輸出之脈寬調變的循環週期訊號T_C 與責任週期訊號D_C ，使脈波寬度調變單元153得以產生所需之脈波寬度調變訊號GD₁ ~GD_n ，進而由閘極驅動單元154產生足以驅動轉換器12之閘極驅動訊號G₁ ~G_n ，以控制負載電流I₀ 如圖5所示地逐步昇或降至目標負載電流I_ref 。

由前述說明中可知，使用習知之最大功率追蹤電路15，來控制將太陽能板11操作在最大功率點時，由於最大功率追蹤單元151必須使用乘法運算或是採用累加運算的加法器，來估算太陽能輸出功率P_PV ，並需採用暫存器儲存前一狀態的電壓及功率，故其在硬體實現上不僅電路複雜，更難以與一般之脈波寬度調變單元153電路相結合，而形成一顆具最大功率追蹤功能之積體電路晶片。

有鑑於此，本發明之目的是提供一種太陽能板最大功率追蹤方法及電路，其可藉由最大功率追蹤的不同演算流程，來簡化太陽能板最大功率追蹤電路，使能夠實現與現有脈波寬度調變電路相結合，而形成一顆具有最大功率追蹤功能之積體電路晶片的目的。

為達上述及其他目的，本發明提供一種太陽能板最大功率追蹤方法，可適用於追蹤太陽能板供電至負載之功率。此方法包括下列步驟：首先，偵測增降載操作前之太陽能板的操作前輸出電壓；然後，依一預設電流差值來執行太陽能板的增降載操作；再偵測增降載操作後之太陽能板的操作後輸出電壓；當前述之增降載操作係為增載，且在一預設時間內所偵測之操作後輸出電壓，已較操作前輸出電壓減少幅度不小於一預設電壓差值時，設定下一次之增降載操作為增載；當增降載操作係為增載，且在預設時間內所偵測之操作後輸出電壓，較操作前輸出電壓並未減少，或預設時間已到達，而所偵測之操作後輸出電壓之減少幅度仍未達其預設電壓差值時，設定下一次之增降載操作為降載；當前述之增降載操作係為降載，且在預設時間內所偵測之操作後輸出電壓，已較操作前輸出電壓增加幅度不小於預設電壓差值時，設定下一次之增降載操作為降載；以及當增降載操作係為降載，且在預設時間內所偵測之操作後輸出電壓，較操作前輸出電壓並未增加，或預設時間已到達，而所偵測之操作後輸出電壓之增加幅度仍未達預設電壓差值時，設定下一次之增降載操作為增載。

其中，所設定之預設電流差值與預設電壓差值，係符合下述之關係式：

式中，V_PV1 代表太陽能板之輸出電壓，I_PV1 代表太陽能板之輸出電流，ΔV代表所設定之預設電壓差值，ΔI代表所設定之預設電流差值。

其中，預設時間是依據預設電流差值的大小與太陽能板之反應靈敏度來設定。也就是說，預設時間至少需大於增降載操作時，太陽能板能即時地反應而輸出與原輸出電流具有預設電流差值之輸出電流的時間。

其中，執行增降載操作之步驟包括：參考預設電流差值與增降載操作之類別，來計算脈波寬度調變之循環週期；然後偵測太陽能板之輸出電流；以及以太陽能板之輸出電流在零值與預設電流峰值間的變化，來設定脈波寬度調變之責任週期。

其中，計算脈波寬度調變之循環週期的步驟，係參考增降載操作前之循環週期與預設電流差值，來計算增減一時間差，以更新循環週期。所計算之時間差為執行增降載操作後，太陽能板之平均輸出電流恰可增減前述預設電流差值之時間。

本發明另提供一種太陽能板最大功率追蹤電路，可適用於產生脈波寬度調變之閘極訊號，用以控制閘極驅動單元來驅動轉換器，以追蹤太陽能板供電至負載之功率。此太陽能板最大功率追蹤電路包括：最大功率追蹤單元、電流控制單元與脈波寬度調變單元。

其中，最大功率追蹤單元用以執行偵測增降載操作前之太陽能板的操作前輸出電壓、發出執行增降載操作之命令、偵測增降載操作後之太陽能板的操作後輸出電壓、當增降載操作係為增載，且在一預設時間內所偵測之操作後輸出電壓，已較操作前輸出電壓減少幅度不小於預設電壓差值時，設定下一次之增降載操作為增載、當增降載操作係為增載，且在預設時間內所偵測之操作後輸出電壓，較操作前輸出電壓並未減少，或預設時間已到達，而所偵測之操作後輸出電壓之減少幅度仍未達預設電壓差值時，設定下一次之增降載操作為降載、當增降載操作係為降載，且在預設時間內所偵測之操作後輸出電壓，已較操作前輸出電壓增加幅度不小於預設電壓差值時，設定下一次之增降載操作為降載、以及當增降載操作係為降載，且在預設時間內所偵測之操作後輸出電壓，較操作前輸出電壓並未增加，或預設時間已到達，而所偵測之操作後輸出電壓之增加幅度仍未達預設電壓差值時，設定下一次之增降載操作為增載等之功能。

電流控制單元耦接最大功率追蹤單元，用以依據太陽能板之輸出電流、預設電流差值與增降載操作之命令，來產生循環週期訊號與責任週期訊號。脈波寬度調變單元耦接電流控制單元，用以依據電流控制單元輸出之循環週期訊號與責任週期訊號，來產生前述之閘極訊號。

在一實施例中，此太陽能板最大功率追蹤電路之預設電流差值與預設電壓差值之設定，係符合下述之關係式：

式中，V_PV1 代表太陽能板之輸出電壓，I_PV1 代表太陽能板之輸出電流，ΔV代表預設電壓差值，ΔI代表預設電流差值。

在一實施例中，此太陽能板最大功率追蹤電路之預設時間，係依據預設電流差值的大小與太陽能板之反應靈敏度來設定。也就是說，預設時間至少需大於增降載操作時，太陽能板能即時地反應而輸出與原輸出電流具有預設電流差值之輸出電流的時間。

在一實施例中，此太陽能板最大功率追蹤電路之電流控制單元，會參考預設電流差值與增降載操作之類別來計算所產生閘極訊號的循環週期，再依據所計算之循環週期而產生循環週期訊號，並以太陽能板之輸出電流在零值與一預設電流峰值間的變化，來設定閘極訊號的責任週期，以產生所需之責任週期訊號。

在一實施例中，此太陽能板最大功率追蹤電路之電流控制單元，係參考增降載操作前之循環週期與預設電流差值，來計算增減一時間差，以更新循環週期。所計算之時間差為執行增降載操作後，太陽能板之平均輸出電流恰可增減前述預設電流差值之時間。

綜上所述，由於習知之擾動與觀察法追蹤最大功率之方法，必須使用乘法器來計算太陽能板的功率，而本發明之方法則不需要乘法器，只須符合設計限制條件即可達成最大功率追蹤之功能，此不但可以降低乘法器的成本，也可以增加處理的時間。另外，如與習知之增益電導法作比較時，也由於增益電導法須計算G與ΔG，因G=i/v、ΔG=di/dv而必須使用到除法器，本發明之方法則不需任何乘法器及除法器，可降低成本及增加處理時間。

故知，由於本發明所提供之一種太陽能板最大功率追蹤方法及電路，其追蹤最大功率之演算流程，已不需使用乘法器來估算太陽能板的輸出功率P_PV ，因此可以簡化太陽能板最大功率追蹤電路，而能實現與現有脈波寬度調變電路相結合，而形成一顆具有最大功率追蹤功能之積體電路晶片的目的。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特以較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

請參考圖6所示，其係根據本發明較佳實施例之一種太陽能發電系統的方塊示意圖。圖中，此系統係以包括最大功率追蹤單元651、電流控制單元652與脈波寬度調變單元653之太陽能板最大功率追蹤電路65，來產生脈波寬度調變之閘極訊號GD₁ ～GD_n ，用以控制閘極驅動單元64產生足以驅動轉換器62之閘極驅動訊號G₁ ～G_n ，以追蹤太陽能板61供電至負載63之功率。

其中，最大功率追蹤單元651追蹤最大功率之演算流程，已不再需要使用乘法器來估算太陽能板的輸出功率P_PV ，而係配合電流控制單元652執行增降載操作時，所設定之預設電流差值ΔI，以及系統執行增降載操作前、後所偵測之太陽能板61的輸出電壓V_PV1 與V_PV2 的電壓差，是否有達到預設電壓差值ΔV，來判斷太陽能板61是操作在A區或B區，再據以決定下一步應進行增載或降載操作，使太陽能板61之工作點，得以如圖3般地往光電特性曲線上的最大功率點Dm移動，進而在最大功率點Dm附近擾動操作。

為了適當地決定預設電壓差值ΔV與預設電流差值ΔI，使太陽能板61無論是在圖3之光電特性曲線的任一工作點，往最大功率點Dm移動時，均得以執行具有預設電流差值ΔI之增降載操作過程，其前、後所偵測之太陽能板61的輸出電壓V_PV1 與V_PV2 的電壓差，是否達到預設電壓差值ΔV，來判斷太陽能板61是操作在A區或B區，再據以決定下一步應進行增載或降載操作，預設電壓差值ΔV與預設電流差值ΔI，較佳地係設定在如下說明之條件下。

如圖3所示，當太陽能板61操作在A區時，如降低負載，將會使太陽能板61之工作點由Dn往Dm移動，且太陽能板61之輸出電壓V_PV 也將隨著輸出功率P_PV 之增加而增加。假設降載操作前、後太陽能板61之輸出電流為I_PV1 及I_PV2 ，而輸出電壓及功率分別為V_PV1 、V_PV2 及P_PV1 、P_PV2 。其中，因係降載操作且太陽能板61之輸出電壓V_PV 係為增加，故太陽能板61之輸出電流I_PV1 及I_PV2 、輸出電壓V_PV1 及V_PV2 將如下式：

I_PV2 =I_PV1 -ΔI　.........(1)

V_PV2 =V_PV1 +ΔV　.........(2)

P_PV2 =V_PV2 ‧I_PV2 =(V_PV1 +ΔV)‧(I_PV1 -ΔI)=V_PV1 ‧I_PV1 +ΔV‧I_PV1 -ΔI‧V_PV1 -ΔVΔI=P_PV1 +ΔV‧I_PV1 -ΔI‧V_PV1 -ΔVΔI　.........(3)

由於操作在A區，降載時P_PV2 >P_PV1 ，因此式(3)又可寫成：P_PV2 -P_PV1 =ΔV‧I_PV1 -ΔI‧V_PV1 -ΔVΔI>0　.........(4)

由式(4)中可得出ΔV/ΔI之不等式如下所示：

由式(5)中可得知，在A區降載操作時，只要將ΔV/ΔI設定大於(V_PV1 +ΔV)/I_PV1 ，即可使太陽能板61之工作點往最大功率點Dm移動。但當已調整到最大功率點又持續降載時，太陽能板61之工作點將會進入B區，此時因P_PV2 <P_PV1 ，使得預設電壓差值ΔV與預設電流差值ΔI將不符合式(5)之工作條件，而應改為增載操作。

圖3中，當太陽能板61操作在B區時，如增加負載，將會使太陽能板61之工作點由D1往Dm移動，且太陽能板61之輸出電壓V_PV 也將隨著輸出功率P_PV 之增加而減少。假設增載操作前、後太陽能板61之輸出電流為I_PV1 及I_PV2 ，而輸出電壓及功率分別為V_PV1 、V_PV2 及P_PV1 、P_PV2 。其中，因係增載操作且太陽能板61之輸出電壓V_PV 係為減少，故太陽能板61之輸出電流I_PV1 及I_PV2 、輸出電壓V_PV1 及V_PV2 將如下式：

I_PV2 =I_PV1 +ΔI　.........(6)

V_PV2 =V_PV1 -ΔV　.........(7)

P_PV2 =V_PV2 ‧I_PV2 =(V_PV1 -ΔV)‧(I_PV1 +ΔI)=V_PV1 ‧I_PV1 -ΔV‧I_PV1 +ΔI‧V_PV1 -ΔVΔI=P_PV1 -ΔV‧I_PV1 +ΔI‧V_PV1 -ΔVΔI　.........(8)

由於操作在B區，增載時P_PV2 >P_PV1 ，因此式(8)又可寫成：P_PV2 -P_PV1 =ΔI‧V_PV1 -ΔV‧I_PV1 -ΔVΔI>0　.........(9)

由式(9)中可得出ΔV/ΔI之不等式如下所示：

故知，在B區增載操作時，ΔV/ΔI之設定要符合式(10)之不等式。相同地，如已調整到最大功率點Dm又持續增載時，太陽能板61之工作點將會進入A區，使得P_PV2 <P_PV1 ，預設電壓差值ΔV與預設電流差值ΔI也將不符合式(10)之工作條件，而應改為降載操作。

因太陽能板61操作在A區時，預設電壓差值ΔV與預設電流差值ΔI要符合式(5)，而操作在B區時，要符合式(10)之不等式，故知預設電壓差值ΔV與預設電流差值ΔI之設定係符合下述關係式：

在決定了預設電壓差值ΔV與預設電流差值ΔI後，最大功率追蹤單元651即可於增降載操作後，僅依太陽能板61之輸出電壓V_PV 的變化，來判斷太陽能板61是操作在A區或B區，進而決定下一步操作是要增載或降載，而無須使用乘法器來估算太陽能板61的輸出功率P_PV 。

請參考圖7所示，首先在步驟71中，最大功率追蹤單元651會讀取預設電壓差值ΔV，並偵測太陽能板61之輸出電壓V_PV2 。其後在步驟72中，將增降載操作旗標C設為1，並假設太陽能板61是操作在B區，而將增降載操作命令D設為0，以執行增載操作。然後在步驟73中，將太陽能板61之輸出電壓V_PV1 設為等於V_PV2 ，以保留增降載操作前之輸出電壓值。

在步驟74中，判斷前一回合增降載操作命令D是否為0？如為0代表前一回合為增載操作，故太陽能板61是操作在B區，流程乃進入步驟751，以令計時器T₂ 重新計數。設定計時器T₂ 之目的是，當太陽能板61已調整到最大功率點Dm又持續增載時，太陽能板61之工作點將會進入A區，而無法獲得符合條件之預設電壓差值ΔV，因而必須在計時器T₂ 到達一預設時間t_d 後，判斷太陽能板61之工作點已進入A區而發出降載操作之命令。

在計時器T₂ 重新計數之後，流程進入步驟752，以偵測太陽能板61之輸出電壓V_PV2 ，然後在步驟753中，判斷太陽能板61之輸出電壓V_PV2 是否如預期地較前一狀態為小？如否，代表太陽能板61可能已因照度之變化進入A區，而應進入步驟767中，以發出降載操作之命令，並設定增降載操作旗標C。反之，則進入步驟754，以計算太陽能板61之輸出電壓的變化，並於步驟755中，判斷其變化是否不小於預設電壓差值ΔV？

在步驟755中，如判斷為是，則代表太陽能板61仍然操作在B區，流程應進入步驟757中，以發出增載之增降載操作命令，並設定增降載操作旗標C。反之，則進入步驟756，以判斷計時器T₂ 是否已到達預設時間t_d ？如已到達，代表太陽能板61之操作，可能已由B區跨入A區，故應進入步驟767中，以發出降載之增降載操作命令，並設定增降載操作旗標C。否則，流程回到步驟752，以繼續偵測太陽能板61之輸出電壓V_PV2 的變化，直到其變化不小於預設電壓差值ΔV或計時器T₂ 已到達預設時間t_d 為止。

當步驟74中，判斷前一回合增降載操作命令D不為0時，代表前一回合為降載操作，故太陽能板61是操作在A區，流程乃進入步驟761，以令計時器T₁ 重新計數。設定計時器T₁ 之目的是，當太陽能板61已調整到最大功率點Dm又持續降載時，太陽能板61之工作點將會進入B區，而無法獲得符合條件之預設電壓差值ΔV，因而必須在計時器T₁ 到達一預設時間t_d 後，判斷太陽能板61之工作點已進入B區而發出增載之增降載操作命令。

其中，計時器T₁ 或T₂ 之預設時間t_d ，係依據預設電流差值ΔI的大小與太陽能板61之反應靈敏度來設定。也就是說，預設時間t_d 至少需大於增降載操作時，太陽能板61能即時地反應而輸出與原輸出電流具有預設電流差值ΔI之輸出電流的時間，以獲得符合條件之預設電壓差值ΔV。當然，計時器T₁ 或T₂ 之預設時間t_d 是可以分別設定為不同值的。

在計時器T₁ 重新計數之後，流程進入步驟762，以偵測太陽能板61之輸出電壓V_PV2 ，然後在步驟763中，判斷太陽能板61之輸出電壓V_PV2 是否如預期地較前一狀態為大？如否，代表太陽能板61可能已因照度之變化進入B區，而應進入步驟757中，以發出增載之增降載操作命令，並設定增降載操作旗標C。反之，則進入步驟764，以計算太陽能板61之輸出電壓的變化，並於步驟765中，判斷其變化是否不小於預設電壓差值ΔV？

在步驟765中，如判斷為是，則代表太陽能板61仍然操作在A區，流程應進入步驟767中，以發出降載之增降載操作命令，並設定增降載操作旗標C。反之，則進入步驟766，以判斷計時器T₁ 是否已到達預設時間t_d ？如已到達，代表太陽能板61之操作，可能已由A區跨入B區，故應進入步驟757中，以發出增載之增降載操作命令，並設定增降載操作旗標C。否則，流程回到步驟762，以繼續偵測太陽能板61之輸出電壓V_PV2 的變化，直到其變化不小於預設電壓差值ΔV或計時器T₁ 已到達預設時間t_d 為止。

圖6中，電流控制單元652耦接最大功率追蹤單元651，以依據太陽能板61之輸出電流I_PV 、預設電流差值ΔI與增降載操作之命令，來產生循環週期訊號T_C 與責任週期訊號D_C ，以交由耦接電流控制單元652之脈波寬度調變單元653，據以產生閘極訊號G₁ ～G_n 。電流控制單元652之電流控制增降載的作法，可以是採用輸出電流迴授之閉迴路模式或如圖8A至11B之開迴路模式。

請參考圖8A與8B所示，係分別顯示圖6之電流控制單元控制昇壓轉換器增載與降載的輸入端電流波形示意圖。圖中，電流控制單元652會參考預設電流差值ΔI與增降載操作之增載或降載類別來計算所產生閘極訊號的循環週期T_CN ，再依據所計算之循環週期T_CN 而產生循環週期訊號T_C ，並以例如是昇壓轉換器之轉換器62輸入端電流I_i (也就是太陽能板61之輸出電流I_PV )在零值與一預設電流峰值ΔI_P 間的變化，來設定閘極訊號G₁ ～G_n 的責任週期，以產生所需之責任週期訊號D_C 。

其中，因預設電流峰值ΔI_P 的大小係為固定，故增降載操作前後，轉換器62輸入端電流I_i 由零值上升至預設電流峰值ΔI_P 之時間ΔT_L 、以及由預設電流峰值ΔI_P 下降至零值之時間ΔT_B 均不變，而增降載操作所需之預設電流差值ΔI，則由增減產生循環週期訊號T_C 之循環週期T_CN 來達成。例如，圖8A中轉換器62輸入端電流I_i 之增載，乃係將增載前之循環週期T_CN 減去參考預設電流差值ΔI所計算之時間差ΔT而得，而圖8B中轉換器62輸入端電流I_i 之降載，乃係將降載前之循環週期T_CN 加上參考預設電流差值ΔI所計算之時間差ΔT而得。前述所計算之時間差ΔT為執行增降載操作後，太陽能板61之平均輸出電流I_PV (也就是轉換器62輸入端電流I_i(av) )恰可增減預設電流差值ΔI之時間，其操作流程將參考圖9來說明。

圖9中，流程首先進入步驟91，以讀取預設電流差值ΔI、預設電流峰值ΔI_P 與預設之循環週期T_CN ，並於步驟92中讀取最大功率追蹤單元651輸出之增降載操作旗標C與增降載操作命令D，隨即進入步驟93，以判斷增降載操作旗標C是否已設定為1？如未設定為1代表無須增、降載，流程直接進入步驟952，以維持原有之循環週期T_CN 。反之，流程進入步驟941，以參考預設電流差值ΔI與循環週期T_CN ，來計算增、減預設電流差值ΔI所需之時間差ΔT₁ 、ΔT₂ ，然後進入步驟942中，以依據增降載操作命令D之值，來判斷是要增載或降載？並分別於步驟943與944中，參考所計算之時間差ΔT₁ 、ΔT₂ ，來調整降載與增載之循環週期T_CN ，以及在步驟951中復歸增降載操作旗標C。

在步驟952中，流程會啟動計時器T₃ 之計數，然後進入步驟953，以將責任週期訊號D_C 設定為1，再進入步驟954偵測轉換器62輸入端電流I_i ，並於步驟955中判斷轉換器62輸入端電流I_i 是否已達預設電流峰值ΔI_P ，直至轉換器62輸入端電流I_i 到達預設電流峰值ΔI_P 為止。之後，流程進入步驟956，以將責任週期訊號D_C 設定為0，再進入步驟957判斷計時器T₃ 之計數是否已達循環週期T_CN ，直至計時器T₃ 之計數已達循環週期T_CN 為止。其中，循環週期訊號T_C 可以在啟動計時器T₃ 之計數時一同產生。

請參考圖10A與10B所示，係分別顯示圖6之電流控制單元控制降壓轉換器增載與降載的輸入端電流波形示意圖。圖中，電流控制單元652也是參考預設電流差值ΔI與增降載操作之增載或降載類別來計算所產生閘極訊號的循環週期T_CN ，再依據所計算之循環週期T_CN 而產生循環週期訊號T_C ，並以例如是降壓轉換器之轉換器62輸入端電流I_i (也就是太陽能板61之輸出電流I_PV )在零值與一預設電流峰值ΔI_P 間的變化，來設定閘極訊號G₁ ～G_n 的責任週期，以產生所需之責任週期訊號D_C 。

其中，圖10A轉換器62輸入端電流I_i 之增載，乃係將增載前之循環週期T_CN 減去參考預設電流差值ΔI所計算之時間差ΔT而得，而圖10B中轉換器62輸入端電流I_i 之降載，則將降載前之循環週期T_CN 加上參考預設電流差值ΔI所計算之時間差ΔT而得。所計算之時間差ΔT係為執行增降載操作後，太陽能板61之平均輸出電流I_PV (也就是轉換器62輸入端電流I_i(av) )恰可增減預設電流差值ΔI之時間，其操作流程亦與圖9相同。

請參考圖11A與11B所示，係分別顯示圖6之電流控制單元控制昇壓轉換器增載與降載的輸出端電流波形示意圖。圖中，電流控制單元652同樣也是參考預設電流差值ΔI與增降載操作之增載或降載類別來計算所產生閘極訊號的循環週期T_CN ，再依據所計算之循環週期T_CN 而產生循環週期訊號T_C ，並以例如是昇壓轉換器之轉換器62輸出端電流I_O (其與太陽能板61之輸出電流I_PV 有K_i 值比例關係)在零值與一預設電流峰值ΔI_P 間的變化，來設定閘極訊號G₁ ～G_n 的責任週期，以產生所需之責任週期訊號D_C 。

其中，圖11A中轉換器62輸出端電流I_O 之增載(也就是太陽能板61的輸出電流I_PV 之增載)，乃係將增載前之循環週期T_CN 減去參考預設電流差值ΔI所計算之時間差ΔT而得，而圖11B中轉換器62輸出端電流I_O 之降載(也就是太陽能板61的輸出電流I_PV 之降載)，則是將降載前之循環週期T_CN 加上參考預設電流差值ΔI所計算之時間差ΔT而得，其操作流程亦與圖9之原理相類似。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之各種更動與潤飾，亦屬本發明之範圍。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

11、61．．．太陽能板

12、62．．．轉換器

13、63．．．負載

15、65．．．最大功率追蹤電路

151、651．．．最大功率追蹤單元

152、652．．．電流控制單元

153、653．．．脈波寬度調變單元

154、64．．．閘極驅動單元

41～957．．．操作流程

圖1係顯示習知之一種太陽能發電系統的方塊示意圖。

圖2係顯示習知之一種太陽能板的光電特性曲線。

圖3係顯示習知之一種追蹤太陽能最大功率之擾動與觀察法的操作示意圖。

圖4係顯示習知之一種太陽能板使用擾動與觀察法追蹤最大功率之操作流程圖。

圖5係顯示圖1之習知太陽能發電系統的操作時序示意圖。

圖6係顯示根據本發明較佳實施例之一種太陽能發電系統的方塊示意圖。

圖7係顯示圖6之最大功率追蹤單元的追蹤流程示意圖。

圖8A係顯示圖6之電流控制單元控制昇壓轉換器增載的輸入端電流波形示意圖。

圖8B係顯示圖6之電流控制單元控制昇壓轉換器降載的輸入端電流波形示意圖。

圖9係顯示圖6之電流控制單元的增降載流程示意圖。

圖10A係顯示圖6之電流控制單元控制降壓轉換器增載的輸入端電流波形示意圖。

圖10B係顯示圖6之電流控制單元控制降壓轉換器降載的輸入端電流波形示意圖。

圖11A係顯示圖6之電流控制單元控制昇壓轉換器增載的輸出端電流波形示意圖。

圖11B係顯示圖6之電流控制單元控制昇壓轉換器降載的輸出端電流波形示意圖。

71～767．．．操作流程

Claims (10)

1. 一種太陽能板最大功率追蹤方法，適用於追蹤一太陽能板供電至一負載之功率，包括下列步驟：偵測該太陽能板之一操作前輸出電壓；依一預設電流差值以執行一增降載操作；偵測該太陽能板之一操作後輸出電壓；當該增降載操作係為增載，且在一預設時間內所偵測之該操作後輸出電壓，已較該操作前輸出電壓減少幅度不小於一預設電壓差值時，設定下一次之該增降載操作為增載；當該增降載操作係為增載，且在該預設時間內所偵測之該操作後輸出電壓，較該操作前輸出電壓並未減少，或該預設時間已到達，而所偵測之該操作後輸出電壓之減少幅度仍未達該預設電壓差值時，設定下一次之該增降載操作為降載；當該增降載操作係為降載，且在該預設時間內所偵測之該操作後輸出電壓，已較該操作前輸出電壓增加幅度不小於該預設電壓差值時，設定下一次之該增降載操作為降載；以及當該增降載操作係為降載，且在該預設時間內所偵測之該操作後輸出電壓，較該操作前輸出電壓並未增加，或該預設時間已到達，而所偵測之該操作後輸出電壓之增加幅度仍未達該預設電壓差值時，設定下一次之該增降載操作為增載。
2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能板最大功率追蹤方法，其中該預設電流差值與該預設電壓差值之設定符合下述關係式： 式中，V_PV1 代表該太陽能板之輸出電壓，I_PV1 代表該太陽能板之輸出電流，ΔV代表該預設電壓差值，ΔI代表該預設電流差值。
3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能板最大功率追蹤方法，其中該預設時間是依據該預設電流差值的大小與該太陽能板之反應靈敏度而設定。
4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能板最大功率追蹤方法，其中執行該增降載操作之步驟包括：參考該預設電流差值與該增降載操作之類別，來計算脈波寬度調變之一循環週期；偵測該太陽能板之一輸出電流；以及以該太陽能板之該輸出電流在零值與一預設電流峰值間的變化，來設定脈波寬度調變之一責任週期。
5. 如申請專利範圍第4項所述之太陽能板最大功率追蹤方法，其中計算該循環週期之步驟係參考該增降載操作前之該循環週期與該預設電流差值，來計算增減一時間差，以更新該循環週期，該時間差為執行該增降載操作後，平均之該輸出電流恰可增減該預設電流差值之時間。
6. 一種太陽能板最大功率追蹤電路，適用於產生脈波寬度調變之一閘極訊號，該閘極訊號用以控制一閘極驅動單元來驅動一轉換器，以便可以追蹤一太陽能板供電至一負載之功率，包括：一最大功率追蹤單元，用以執行偵測該太陽能板之一操作前輸出電壓、發出執行一增降載操作之命令、偵測該太陽能板之一操作後輸出電壓、當該增降載操作係為增載，且在一預設時間內所偵測之該操作後輸出電壓，已較該操作前輸出電壓減少幅度不小於一預設電壓差值時，設定下一次之該增降載操作為增載、當該增降載操作係為增載，且在該預設時間內所偵測之該操作後輸出電壓，較該操作前輸出電壓並未減少，或該預設時間已到達，而所偵測之該操作後輸出電壓之減少幅度仍未達該預設電壓差值時，設定下一次之該增降載操作為降載、當該增降載操作係為降載，且在該預設時間內所偵測之該操作後輸出電壓，已較該操作前輸出電壓增加幅度不小於該預設電壓差值時，設定下一次之該增降載操作為降載、以及當該增降載操作係為降載，且在該預設時間內所偵測之該操作後輸出電壓，較該操作前輸出電壓並未增加，或該預設時間已到達，而所偵測之該操作後輸出電壓之增加幅度仍未達該預設電壓差值時，設定下一次之該增降載操作為增載之功能；一電流控制單元，耦接該最大功率追蹤單元，用以依該太陽能板之一輸出電流、一預設電流差值與該增降載操作之命令，來產生一循環週期訊號與一責任週期訊號；以及一脈波寬度調變單元，耦接該電流控制單元，用以依據該循環週期訊號與該責任週期訊號，來產生該閘極訊號。
7. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能板最大功率追蹤電路，其中該預設電流差值與該預設電壓差值之設定符合下述關係式： 式中，V_PV1 代表該太陽能板之輸出電壓，I_PV1 代表該太陽能板之輸出電流，ΔV代表該預設電壓差值，ΔI代表該預設電流差值。
8. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能板最大功率追蹤電路，其中該預設時間是依據該預設電流差值的大小與該太陽能板之反應靈敏度而設定。
9. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能板最大功率追蹤電路，其中該電流控制單元會參考該預設電流差值與該增降載操作之類別來計算該閘極訊號之一循環週期，再依據所計算之該循環週期而產生該循環週期訊號，並以該太陽能板之該輸出電流在零值與一預設電流峰值間的變化，來設定該閘極訊號的責任週期，以產生所需之該責任週期訊號。
10. 如申請專利範圍第9項所述之太陽能板最大功率追蹤電路，其中該電流控制單元係參考該增降載操作前之該循環週期與該預設電流差值，來計算增減一時間差，以更新該循環週期，該時間差為執行該增降載操作後，平均之該輸出電流恰可增減該預設電流差值之時間。