TWI414127B - Loaded light energy feedback solar battery discharge compensation - Google Patents

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負載光能回饋之太陽能蓄電池組放電補償
本創作係關於一種「負載光能回饋之太陽能蓄電池組放電補償」電路，尤指一種利用一光能負載之光能回饋及一放電補償用蓄電池以補償一太陽能負載用蓄電池組因該光能負載之用電及該負載用蓄電池組之自放電所損耗的電池蓄電量，使能以充足及有效率之電能供電予該光能負載使用的太陽能蓄電池組放電補償電路者。
按，在現今石油供應短缺、油價高漲的時代，石油相關能源的使用成本皆大幅提高，同時為了地球環境考量，避免因使用石油過度排放二氧化碳而造成環境的劇烈改變，各方均倡導綠能減碳的相關做法，其中有效率地利用太陽能發電與太陽能供電，就是綠能減碳的一種具體做法。
習用太陽能發電之方式，請參閱第1圖所示，係利用一戶外太陽能板(模組、陣列)將光能轉換成電能，再將該電能經由一控制器儲存於一蓄電池組中，而該蓄電池組可供應之電源則再經由該控制器供電予一負載(如：光能負載)使用。然而，一般太陽能發電系統使用之太陽能蓄電池(如：深循環鉛酸蓄電池組)易因蓄電池本身自放電現象導致蓄電池之蓄電量自然損耗，加以該戶外太陽能板於白天工作常因太陽光強弱不同造成供應之電源不穩定，或者，該戶外太陽能板於夜晚無法工作之時間較長，使得在白天期間，該蓄電池組利用該戶外太陽能板充電達到充足電量範圍(滿充電)的時間大為延長，或者，在夜晚期間，該蓄電池組供電予該負載使用的電源可能短缺，此等因素降低了太陽能發電系統之發電與供電的整體效率，甚或產生該負載因供電不敷使用致使負載本身工作機能不正常之情形。
鑑於上述先前技術所衍生的各項缺點，本案創作人乃亟思加以改良創新，並經多年苦心孤詣潛心研究後，終於成功研發完成本案之一種「負載光能回饋之太陽能蓄電池組放電補償」電路。
本創作之目的，在於提供一種太陽能蓄電池組之放電補償電路，係藉由一光能負載之光能回饋及一放電補償用蓄電池以補償一太陽能負載用蓄電池組因該光能負載之用電及該負載用蓄電池組之自放電所損耗的電池蓄電量，使能以充足及有效率之電能供電予該光能負載使用。
為達上述之目的，本創作之技術手段在於，在一戶外太陽能板(模組、陣列)之電氣輸出端設有一蓄電池模組，該蓄電池模組與一控制器電氣連接，該控制器與一光能負載(直流負載)電氣連接，而該光能負載則將其光能輸出至一室內太陽能板，該室內太陽能板再與該蓄電池模組電氣連接。該蓄電池模組內部設有一太陽能負載用蓄電池組(可深循環充放電、自放電率高，如：鉛酸蓄電池組)與一放電補償用蓄電池(自放電率低，如：鎳鎘蓄電池)，使該負載用蓄電池組可儲存該戶外太陽能板供應之電能(電能蓄電)，同時，該補償用蓄電池則可藉由該光能負載經由該室內太陽能板之光能回饋，自動補償該負載用蓄電池組因該光能負載之用電及該負載用蓄電池組之自放電所導致的電池蓄電量損耗，使之達到該負載用蓄電池組之充足蓄電量範圍(滿充電)內(電能補償)，令該戶外太陽能板經由該蓄電池模組與該控制器輸出之電源，即能以充足及有效率之電能供電予該光能負載使用。
請參閱以下有關本創作一較佳實施例之詳細說明及其附圖，將可進一步瞭解本創作之技術內容及其目的與功效：
本創作所提供之一種「負載光能回饋之太陽能蓄電池組放電補償」電路，請參閱第2、3圖所示，其係在一戶外太陽能板10(模組、陣列)之電氣輸出端設有一蓄電池模組11，該蓄電池模組11與一控制器12電氣連接，該控制器12與一光能負載13(直流負載)電氣連接，而該光能負載13則將其光能輸出至一室內太陽能板14，該室內太陽能板14再與該蓄電池模組11電氣連接。該蓄電池模組11內部設有一負載用蓄電池組111(一般太陽能蓄電用設備、可深循環充放電、自放電率高)，在該戶外太陽能板10與該負載用蓄電池組111間設有一第一防逆流開關112，使該控制器12可偵測該負載用蓄電池組111之電池蓄電量，當偵測到該蓄電量因該光能負載13之用電或該負載用蓄電池組111之自放電未達到充足蓄電量範圍(滿充電)時，且該戶外太陽能板10處於工作期間(白天)，該控制器12即操控該第一防逆流開關112為閉路(ON)以作為導通，令該戶外太陽能板10可輸出電能至該負載用蓄電池組111(電能蓄電)；當偵測到該蓄電量已達到充足蓄電量範圍(滿充電)時，該控制器12即操控該第一防逆流開關112為開路(OFF)以作為切斷導通，則該戶外太陽能板10停止輸出電能至該負載用蓄電池組111(停止電能蓄電)。該第一防逆流開關112另可避免該負載用蓄電池組111之電池電能回流至該戶外太陽能板10(當該負載用蓄電池組111之電池電壓高於該戶外太陽能板10之電源電壓時)，造成該戶外太陽能板10可能之結構或功能損害。
該蓄電池模組11另設有一補償用蓄電池113(該負載用蓄電池組111之放電補償用設備、自放電率低)，在該室內太陽能板14與該補償用蓄電池113間設有一第二防逆流開關114，使該控制器12可偵測該補償用蓄電池113之電池蓄電量，當偵測到該蓄電量未達到充足蓄電量範圍(滿充電)時，且該光能負載13處於工作期間(用電)，該控制器12即操控該第二防逆流開關114為閉路(ON)以作為導通，令該室內太陽能板14可回饋該光能負載13之光能並輸出電能至該補償用蓄電池113(電能蓄電)；當偵測到該蓄電量已達到充足蓄電量範圍(滿充電)時，該控制器12即操控該第二防逆流開關114為開路(OFF)以作為切斷導通，則該室內太陽能板14停止輸出電能至該補償用蓄電池113(停止電能蓄電)。該第二防逆流開關114亦可避免該補償用蓄電池113之電池電能回流至該室內太陽能板14(當該補償用蓄電池113之電池電壓高於該室內太陽能板14之電源電壓時)，造成該室內太陽能板14可能之結構或功能損害。
此外，該補償用蓄電池113與該負載用蓄電池組111間亦設有一第三防逆流開關115，使該控制器12可偵測該負載用蓄電池組111之電池蓄電量，當偵測到該蓄電量因該光能負載13之用電或該負載用蓄電池組111之自放電未達到充足蓄電量範圍(滿充電)之一定比例程度時，該控制器12即操控該第三防逆流開關115為閉路(ON)以作為導通，令該補償用蓄電池113可輸出電能至該負載用蓄電池組111，以補償該負載用蓄電池組111因該光能負載13之用電或該負載用蓄電池組111之自放電所導致的電池蓄電量損耗，使之達到該負載用蓄電池組111之充足蓄電量範圍(滿充電)內(電能補償)；當偵測到該蓄電量已達到充足電量範圍(滿充電)時，該控制器12即操控該第三防逆流開關115為開路(OFF)以作為切斷導通，則該補償用蓄電池113停止輸出電能至該負載用蓄電池組111(停止電能補償)。該第三防逆流開關115另可避免該負載用蓄電池組111在滿充電後(受該戶外太陽能板10之電能蓄電或該補償用蓄電池113之電能補償)，該負載用蓄電池組111之電池電能回流至該補償用蓄電池113(當該負載用蓄電池組111之電池電壓高於該補償用蓄電池113之電池電壓時)，使得該負載用蓄電池組111未來經由該控制器12輸出之電源，即能以充足及有效率之電能供電予該光能負載13使用。
請參閱第2、3圖所示，該蓄電池模組11設有之該負載用蓄電池組111與該補償用蓄電池113，當該戶外太陽能板10處於工作期間(白天)，可使該控制器12操控該第一防逆流開關112為閉路(ON)，令該戶外太陽能板10輸出電能至該負載用蓄電池組111以作電能蓄電，當該光能負載13處於工作期間(用電)，亦可使該控制器12操控該第二防逆流開關114為閉路(ON)，令該室內太陽能板14輸出電能至該補償用蓄電池113以作電能蓄電；或者，可使該控制器12操控該第一防逆流開關112與該第二防逆流開關114為開路(OFF)，則該戶外太陽能板10、該室內太陽能板14可停止對該負載用蓄電池組111與該補償用蓄電池113之電能蓄電。同時，當該戶外太陽能板10處於工作期間(白天)或未工作期間(夜晚)，均可使該控制器12操控該第三防逆流開關115為閉路(ON)，令該補償用蓄電池113輸出電能至該負載用蓄電池組111以作電能補償，或者，可使該控制器12操控該第三防逆流開關115為開路(OFF)，則該補償用蓄電池113可停止對該負載用蓄電池組111之電能補償。
請參閱第3圖及第4、5、6圖所示，該第一防逆流開關112係由一第一單向二極體電路1121及一第一開關1122所構成，其中該戶外太陽能板10的電極正極(+)經由該第一單向二極體電路1121與該第一開關1122連接至該負載用蓄電池組111的電極正極(+)，而該戶外太陽能板10的電極負極(-)則經由該第一單向二極體電路1121與該第一開關1122連接至該負載用蓄電池組111的電極負極(-)；該第二防逆流開關114係由一第二單向二極體電路1141及一第二開關1142所構成，其中該室內太陽能板14的電極正極(+)經由該第二單向二極體電路1141與該第二開關1142連接至該補償用蓄電池113的電極正極(+)，而該室內太陽能板14的電極負極(-)則經由該第二單向二極體電路1141與該第二開關1142連接至該補償用蓄電池113的電極負極(-)；該第三防逆流開關115係由一第三單向二極體電路1151及一第三開關1152所構成，其中該補償用蓄電池113的電極正極(+)經由該第三單向二極體電路1151與該第三開關1152連接至該負載用蓄電池組111的電極正極(+)，而該補償用蓄電池113的電極負極(-)則經由該第三單向二極體電路1151與該第三開關1152連接至該負載用蓄電池組111的電極負極(-)。
請參閱第2、3圖及第7圖所示，該蓄電池模組11亦可免設該補償用蓄電池113及該第二防逆流開關114，使該控制器12亦可偵測該負載用蓄電池組111之電池蓄電量，當偵測到該蓄電量因該光能負載13之用電或該負載用蓄電池組111之自放電未達到充足蓄電量範圍(滿充電)時，且該戶外太陽能板10處於工作期間(白天)，該控制器12即操控該第一防逆流開關112為閉路(ON)以作為導通，令該戶外太陽能板10可輸出電能至該負載用蓄電池組111以作電能蓄電；當偵測到該蓄電量已達到充足蓄電量範圍(滿充電)時，該控制器12即操控該第一防逆流開關112為開路(OFF)以作為切斷導通，則該戶外太陽能板10可停止對該負載用蓄電池組111之電能蓄電。此外，當該光能負載13處於工作期間(用電)，使該控制器12亦可偵測該負載用蓄電池組111之電池蓄電量，當偵測到該蓄電量因該光能負載13之用電或該負載用蓄電池組111之自放電未達到充足蓄電量範圍(滿充電)之一定比例程度時，該控制器12亦可操控該第三防逆流開關115為閉路(ON)以作為導通，令該室內太陽能板14可回饋該光能負載13之光能並直接輸出電能至該負載用蓄電池組111以作電能補償，使之達到該負載用蓄電池組111之充足蓄電量範圍(滿充電)內；當偵測到該蓄電量已達到充足蓄電量範圍(滿充電)時，該控制器12亦可操控該第三防逆流開關115為開路(OFF)以作為切斷導通，則該室內太陽能板14可停止對該負載用蓄電池組111之電能補償。
如此，利用該光能負載13經由該室內太陽能板14之光能回饋，使該補償用蓄電池113得以獲得該室內太陽能板14之蓄電並輸出電能至該負載用蓄電池組111，或者，該室內太陽能板14可直接輸出電能至該負載用蓄電池組111，而自動補償該負載用蓄電池組111因該光能負載13之用電及該負載用蓄電池組111之自放電所導致的電池蓄電量損耗，使之達到該負載用蓄電池組111之充足蓄電量範圍(滿充電)內，令該戶外太陽能板10經由該蓄電池模組11與該控制器12輸出之電源，即能以充足及有效率之電能供電予該光能負載13使用，而不致發生該光能負載13因供電不敷使用致使負載本身工作機能不正常之情形。
上列詳細說明係針對本創作之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本創作之專利範圍，凡未脫離本創作技藝精神所為之等效實施或變更，例如：等變化之等效性實施例，均應包含於本案之專利範圍中。
10．．．戶外太陽能板
11．．．蓄電池模組
111．．．負載用蓄電池組
112．．．第一防逆流開關
1121．．．第一單向二極體電路
1122．．．第一開關
113．．．補償用蓄電池
114．．．第二防逆流開關
1141．．．第二單向二極體電路
1142．．．第二開關
115．．．第三防逆流開關
1151．．．第三單向二極體電路
1152．．．第三開關
12．．．控制器
13．．．光能負載
14．．．室內太陽能板
第1圖為習用太陽能發電之系統結構方塊圖。
第2圖為本創作之系統結構方塊圖。
第3圖為本創作之蓄電池模組內部方塊圖與連接圖。
第4圖為本創作之第一防逆流開關內部方塊圖。
第5圖為本創作之第二防逆流開關內部方塊圖。
第6圖為本創作之第三防逆流開關內部方塊圖。
第7圖為本創作之蓄電池模組另一種內部方塊圖與連接圖。
10．．．戶外太陽能板
11．．．蓄電池模組
12．．．控制器
13．．．光能負載
14．．．室內太陽能板

Claims (5)

  1. 一種「負載光能回饋之太陽能蓄電池組放電補償」電路，包括：一蓄電池模組，設於一戶外太陽能板(模組、陣列)之電氣輸出端上，其與一控制器電氣連接，並經由該控制器與一光能負載(直流負載)電氣連接；一室內太陽能板，設於該光能負載之光能輸出端上，其與該蓄電池模組電氣連接，配合該蓄電池模組為蓄電池放電補償用設備；一負載用蓄電池組：設於該蓄電池模組中，位在該戶外太陽能板與該控制器之間，為一般太陽能蓄電用設備；一補償用蓄電池：設於該蓄電池模組中，位在該室內太陽能板與該負載用蓄電池組之間，為該負載用蓄電池組放電補償用設備；一第一防逆流開關：設於該蓄電池模組中，位在該戶外太陽能板與該負載用蓄電池組之間，使該控制器可偵測該負載用蓄電池組之電池蓄電量，當偵測到該蓄電量因該光能負載之用電或該負載用蓄電池組之自放電未達到充足蓄電量範圍(滿充電)時，且該戶外太陽能板處於工作期間(白天)，該控制器即操控該第一防逆流開關為閉路(ON)以作為導通，令該戶外太陽能板可輸出電能至該負載用蓄電池組(電能蓄電)，當偵測到該蓄電量已達到充足蓄電量範圍(滿充電)時，該控制器即操控該第一防逆流開關為開路(OFF)以作為切斷導通，則該戶外太陽能板停止輸出電能至該負載用蓄電池組(停止電能蓄電)，該第一防逆流開關另可避免該負載用蓄電池組之電池電能回流至該戶外太陽能板(當該負載用蓄電池組之電池電壓高於該戶外太陽能板之電源電壓時)，造成該戶外太陽能板可能之結構或功能損害；一第二防逆流開關：設於該蓄電池模組中，位在該室內太陽能板與該補償用蓄電池之間，使該控制器可偵測該補償用蓄電池之電池蓄電量，當偵測到該蓄電量未達到充足蓄電量範圍(滿充電)時，且該光能負載處於工作期間(用電)，該控制器即操控該第二防逆流開關為閉路(ON)以作為導通，令該室內太陽能板可回饋該光能負載之光能並輸出電能至該補償用蓄電池(電能蓄電)，當偵測到該蓄電量已達到充足蓄電量範圍(滿充電)時，該控制器即操控該第二防逆流開關為開路(OFF)以作為切斷導通，則該室內太陽能板停止輸出電能至該補償用蓄電池(停止電能蓄電)，該第二防逆流開關亦可避免該補償用蓄電池之電池電能回流至該室內太陽能板(當該補償用蓄電池之電池電壓高於該室內太陽能板之電源電壓時)，造成該室內太陽能板可能之結構或功能損害。
  2. 如申請專利範圍第1 項所述之「負載光能回饋之太陽能蓄電池組放電補償」電路，其中一第三防逆流開關亦設於該蓄電池模組中，位在該補償用蓄電池與該負載用蓄電池組之間，使該控制器可偵測該負載用蓄電池組之電池蓄電量，當偵測到該蓄電量因該光能負載之用電或該負載用蓄電池組之自放電未達到充足蓄電量範圍(滿充電)之一定比例程度時，該控制器即操控該第三防逆流開關為閉路(ON)以作為導通，令該補償用蓄電池可輸出電能至該負載用蓄電池組，以補償該負載用蓄電池組因該光能負載之用電或該負載用蓄電池組之自放電所導致的電池蓄電量損耗，使之達到該負載用蓄電池組之充足蓄電量範圍(滿充電)內(電能補償)，當偵測到該蓄電量已達到充足電量範圍(滿充電)時，該控制器即操控該第三防逆流開關為開路(OFF)以作為切斷導通，則該補償用蓄電池停止輸出電能至該負載用蓄電池組(停止電能補償)；該第三防逆流開關另可避免該負載用蓄電池組在滿充電後(受該戶外太陽能板之電能蓄電或該補償用蓄電池之電能補償)，該負載用蓄電池組之電池電能回流至該補償用蓄電池(當該負載用蓄電池組之電池電壓高於該補償用蓄電池之電池電壓時)，使得該負載用蓄電池組未來經由該控制器輸出之電源，即能以充足及有效率之電能供電予該光能負載使用。
  3. 如申請專利範圍第1 項所述之「負載光能回饋之太陽能蓄電池組放電補償」電路，該第一防逆流開關係由一第一單向二極體電路及一第一開關所構成，其中該戶外太陽能板的電極正極(+)經由該第一單向二極體電路與該第一開關連接至該負載用蓄電池組的電極正極(+)，而該戶外太陽能板的電極負極(-)則經由該第一單向二極體電路與該第一開關連接至該負載用蓄電池組的電極負極(-)；該第二防逆流開關係由一第二單向二極體電路及一第二開關所構成，其中該室內太陽能板的電極正極(+)經由該第二單向二極體電路與該第二開關連接至該補償用蓄電池的電極正極(+)，而該室內太陽能板的電極負極(-)則經由該第二單向二極體電路與該第二開關連接至該補償用蓄電池的電極負極(-)；該第三防逆流開關係由一第三單向二極體電路及一第三開關所構成，其中該補償用蓄電池的電極正極(+)經由該第三單向二極體電路與該第三開關連接至該負載用蓄電池組的電極正極(+)，而該補償用蓄電池的電極負極(-)則經由該第三單向二極體電路與該第三開關連接至該負載用蓄電池組的電極負極(-)。
  4. 如申請專利範圍第1 項所述之「負載光能回饋之太陽能蓄電池組放電補償」電路，該蓄電池模組亦可免設該補償用蓄電池及該第二防逆流開關，使該控制器亦可偵測該負載用蓄電池組之電池蓄電量，當偵測到該蓄電量因該光能負載之用電或該負載用蓄電池組之自放電未達到充足蓄電量範圍(滿充電)時，且該戶外太陽能板處於工作期間(白天)，該控制器即操控該第一防逆流開關為閉路(ON)以作為導通，令該戶外太陽能板可輸出電能至該負載用蓄電池組以作電能蓄電，當偵測到該蓄電量已達到充足蓄電量範圍(滿充電)時，該控制器即操控該第一防逆流開關為開路(OFF)以作為切斷導通，則該戶外太陽能板可停止對該負載用蓄電池組之電能蓄電；此外，當該光能負載處於工作期間(用電)，使該控制器亦可偵測該負載用蓄電池組之電池蓄電量，當偵測到該蓄電量因該光能負載之用電或該負載用蓄電池組之自放電未達到充足蓄電量範圍(滿充電)之一定比例程度時，該控制器亦可操控該第三防逆流開關為閉路(ON)以作為導通，令該室內太陽能板可回饋該光能負載之光能並直接輸出電能至該負載用蓄電池組以作電能補償，使之達到該負載用蓄電池組之充足蓄電量範圍(滿充電)內，當偵測到該蓄電量已達到充足蓄電量範圍(滿充電)時，該控制器亦可操控該第三防逆流開關為開路(OFF)以作為切斷導通，則該室內太陽能板可停止對該負載用蓄電池組之電能補償。
  5. 如申請專利範圍第1 項所述之「負載光能回饋之太陽能蓄電池組放電補償」電路，該控制器可另與一換流電路電氣連接，而該換流電路再與一光能負載(交流負載)電氣連接，使該換流電路可將該負載用蓄電池組經由該控制器輸出之電源(直流電壓)轉換成交流電壓，以供電予該交流光能負載使用；如此，當該蓄電池模組設有該補償用蓄電池及該第二防逆流開關時，且該交流光能負載處於工作期間(用電)，使該控制器亦可偵測該補償用蓄電池之電池蓄電量，當偵測到該蓄電量未達到充足蓄電量範圍(滿充電)時，該控制器即操控該第二防逆流開關為閉路(ON)以作為導通，令該室內太陽能板可回饋該交流光能負載之光能並輸出電能至該補償用蓄電池以作電能蓄電，當偵測到該蓄電量已達到充足蓄電量範圍(滿充電)時，該控制器即操控該第二防逆流開關為開路(OFF)以作為切斷導通，則該室內太陽能板可停止對該補償用蓄電池之電能蓄電；或者，當該蓄電池模組免設該補償用蓄電池及該第二防逆流開關時，且該交流光能負載處於工作期間(用電)，使該控制器亦可偵測該負載用蓄電池組之電池蓄電量，當偵測到該蓄電量因該交流光能負載之用電或該負載用蓄電池組之自放電未達到充足蓄電量範圍(滿充電)之一定比例程度時，該控制器亦可操控該第三防逆流開關為閉路(ON)以作為導通，令該室內太陽能板可回饋該交流光能負載之光能並直接輸出電能至該負載用蓄電池組以作電能補償，使之達到該負載用蓄電池組之充足蓄電量範圍(滿充電)內，當偵測到該蓄電量已達到充足蓄電量範圍(滿充電)時，該控制器亦可操控該第三防逆流開關為開路(OFF)以作為切斷導通，則該室內太陽能板可停止對該負載用蓄電池組之電能補償。
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