TWI438598B - 具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統及其操作方法 - Google Patents

Description

具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統及其操作方法

本發明係有關一種獨立型太陽能轉換系統，尤指一種具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統。

太陽能光電系統主要是透過太陽能板進行光電轉換而產生直流電源，再經由電力調節器將直流電源轉換成交流電源以供負載使用或饋入市電之匯流排與市電同步併聯運轉。因此，就功能而言，小型分散式發電系統可區分為以下三種類型：(1)獨立型(stand-alone system)、(2)市電並聯型(grid-connection system)以及(3)混合型(hybrid system)。獨立型系統所指的是太陽能光電系統沒有與其他電源連結運轉，只能直接供給系統所接之負載，所以此系統較適合用於偏遠地區或海上孤島等沒有市電供應的地方。負載所有電力來源均為風力或太陽能，太陽能除了能提供負載用電外，則可將多餘能量對蓄電池(battery)充電；當太陽能電力瞬間不足以提供負載所需電力時，則由蓄電池提供。市電並聯型系統所指的是太陽能光電系統與電力公司網路並聯，只要市電電力可正常送達之任何地點均適用此類系統。若太陽能光電系統發電量大於負載需求，則可將多餘電力逆潮流饋入市電，反之，當太陽能光電系統發電量不足負載使用時，市電將可供應不足的部分。此外，為了因應電力品質不穩定之問題，而發展出混合型系統。太陽能光電系統於市電停止供電時，透過搭配蓄電池組使用，可立即與市電隔離，形成獨立運轉供電，以提供短暫電力。等到市電恢復供電時，太陽能光電系統則恢復與市電併聯，同時也對蓄電池組進行充電。

由於日照強度大小以及工作環境溫度高低係為影響太陽能板特性之兩個重要因素。當太陽能板在瞬息萬變的環境下工作時，溫度與照度無時無刻都在改變，因此其外接負載必須適當地加以控制，才能取得太陽能板之最大功率，否則太陽能板將可能因週遭環境條件的變化而無法提供足夠的能量給負載，因而導致電壓崩潰(降至零伏特)並造成應用上的缺失。因此，可應用最大功率點追蹤之控制技術(maximum power point tracing,MPPT)，可提升太陽能發電的整體效率。

因此，如何設計出一種具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統及其操作方法，透過控制轉換器之儲能電容電壓，並結合最大功率點追蹤控制，乃為本案創作人所欲行克服並加以解決的一大課題。

本發明之一目的在於提供一種具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統，以克服習知技術的問題。

因此本發明之具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統，係透過一太陽光伏模組輸出一直流電流與一直流電壓，並經過轉換該直流電流與該直流電壓，以對一負載供電。該具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統係包含一第一直流-直流轉換裝置、一第二直流-直流轉換裝置以及一控制器裝置。

該第一直流-直流轉換裝置係電性連接該太陽光伏模組，以接收該直流電壓並轉換該直流電壓之電壓準位，並提供一電容電壓。該第二直流-直流轉換裝置係電性連接該第一直流-直流轉換裝置，以接收該電容電壓並轉換該電容電壓之電壓準位，進而提供該負載供電所需之電壓。該控制器裝置係電性連接該第一直流-直流轉換裝置與該第二直流-直流轉換裝置。

該控制器裝置係包含一第一比較單元與一第二比較單元。該第一比較單元係接收該電容電壓與一第一電容電壓命令值，以比較該電容電壓與該第一電容電壓命令值。該第二比較單元係接收該電容電壓與一第二電容電壓命令值，以比較該電容電壓與該第二電容電壓命令值。其中，當該第一電容電壓命令值大於該電容電壓時，該控制器裝置係控制該第一直流-直流轉換裝置增加輸入之能量；當該第一電容電壓命令值小於該電容電壓時，該控制器裝置係控制該第一直流-直流轉換裝置減少輸入之能量；當該第二電容電壓命令值大於該電容電壓時，該控制器裝置係控制該第二直流-直流轉換裝置減少輸出之能量；當該第二電容電壓命令值小於該電容電壓時，該控制器裝置係控制該第二直流-直流轉換裝置增加輸出之能量；其中該第一電容電壓命令值係大於該第二電容電壓命令值。

本發明之另一目的在於提供一種具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統之操作方法，以克服習知技術的問題。

因此本發明之具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統之操作方法，係透過一太陽光伏模組輸出一直流電流與一直流電壓，並經過轉換該直流電流與該直流電壓，以對一負載供電。該具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統之操作方法係包含下列步驟：(a)提供一第一直流-直流轉換裝置，以接收該直流電壓並轉換該直流電壓之電壓準位，進而提供一電容電壓；(b)提供一第二直流-直流轉換裝置，以接收該電容電壓並轉換該電容電壓之電壓準位，進而提供該負載供電所需之電壓；(c)提供一控制器裝置，係具有一第一比較單元與一第二比較單元；該第一比較單元係接收該電容電壓與一第一電容電壓命令值，以比較該電容電壓與該第一電容電壓命令值；該第二比較單元係接收該電容電壓與一第二電容電壓命令值，以比較該電容電壓與該第二電容電壓命令值；(d)當該第一電容電壓命令值大於該電容電壓時，該控制器裝置控制該第一直流-直流轉換裝置增加輸入之能量；當該第一電容電壓命令值小於該電容電壓時，該控制器裝置控制該第一直流-直流轉換裝置減少輸入之能量；(e)當該第二電容電壓命令值大於該電容電壓時，該控制器裝置控制該第二直流-直流轉換裝置減少輸出之能量；當該第二電容電壓命令值小於該電容電壓時，該控制器裝置控制該第二直流-直流轉換裝置增加輸出之能量，其中該第二電容電壓命令值係小於該第一電容電壓命令值。

為了能更進一步瞭解本發明所達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：

請參見第一圖，係為本發明具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統之方塊示意圖。該具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統，係透過一太陽光伏模組(未標示)輸出一直流電流Ipv與一直流電壓Vpv，並經過轉換該直流電流Ipv與該直流電壓Vpv，以對一負載(未標示)供電。該具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統係包含一第一直流-直流轉換裝置10、一第二直流-直流轉換裝置20以及一控制器裝置30。

該第一直流-直流轉換裝置10係電性連接該太陽光伏模組，以接收該直流電壓Vpv並轉換該直流電壓Vpv之電壓準位，並提供一電容電壓Vb。該第二直流-直流轉換裝置20係電性連接該第一直流-直流轉換裝置10，以接收該電容電壓Vb並轉換該電容電壓Vb之電壓準位，進而提供該負載供電所需之電壓。此外，該具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統係更包含一緩衝電容器(未標示)係電性並聯連接該第一直流-直流轉換裝置10與該第二直流-直流轉換裝置20，以提供該第一直流-直流轉換裝置10與該第二直流-直流轉換裝置20間之能量緩衝。

配合參見第二圖，係為本發明該獨立型太陽能轉換系統之一控制器裝置之方塊示意圖。該控制器裝置30係電性連接該第一直流-直流轉換裝置10與該第二直流-直流轉換裝置20。該控制器裝置30係包含一第一比較單元310、一第二比較單元320。該第一比較單元310係接收該電容電壓Vb與一第一電容電壓命令值Vb_pi，以比較該電容電壓Vb與該第一電容電壓命令值Vb_pi。該第二比較單元320係接收該電容電壓Vb與一第二電容電壓命令值Vb_po，以比較該電容電壓Vb與該第二電容電壓命令值Vb_po。其中，當該第一電容電壓命令值Vb_pi大於該電容電壓Vb時(亦即，Vb_pi-Vb>0)，該控制器裝置30係控制該第一直流-直流轉換裝置10增加輸入之能量。反之，當該第一電容電壓命令值Vb_pi小於該電容電壓Vb時(亦即，Vb_pi-Vb<0)，該控制器裝置30係控制該第一直流-直流轉換裝置10減少輸入之能量。當該第二電容電壓命令值Vb_po大於該電容電壓Vb時(亦即，Vb-Vb_po<0)，該控制器裝置30係控制該第二直流-直流轉換裝置20減少輸出之能量。當該第二電容電壓命令值Vb_po小於該電容電壓Vb時(亦即，Vb-Vb_po>0)，該控制器裝置30係控制該第二直流-直流轉換裝置20增加輸出之能量。

因為該獨立型太陽能轉換系統之能量狀況不外乎下列兩種：一、輸入能量大於輸出能量；二、輸入能量小於輸出能量，因此，就針對這兩種操作狀況，利用對該電容電壓Vb之判斷，提供能量之控制。簡言之，當輸入能量大於輸出能量時，該電容電壓Vb會較大；反之，當輸入能量小於輸出能量時，該電容電壓Vb會較小。因此，可利用該電容電壓Vb大小，反應出該獨立型太陽能轉換系統之輸入能量與輸出能量之間的關係。

複請參見第一圖，為了方便說明該具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統之操作以下將以假設數據為例加以說明。假設在一穩態(steady state)操作下，該第一電容電壓命令值Vb_pi係為410伏特。並且，由於在本發明中，該第一電容電壓命令值Vb_pi係大於該第二電容電壓命令值Vb_po，因此，假設該第二電容電壓命令值Vb_po小於該第一電容電壓命令值Vb_pi為10伏特，因此，該第二電容電壓命令值Vb_po係為400伏特。再者，配合該電容電壓Vb之不同(三種)電壓區間，因此，該獨立型太陽能轉換系統之操作可分別以下三種：

一、狀況A：假設該電容電壓Vb為300伏特(係皆小於該第一電容電壓命令值Vb_pi(410伏特)與該第二電容電壓命令值Vb_po(400伏特))，因此：

1、對輸入能量控制而言，該第一電容電壓命令值Vb_pi大於該電容電壓Vb(亦即，Vb_pi-Vb=410-300>0，為正值)，該控制器裝置30係控制該第一直流-直流轉換裝置10增加輸入之能量；

2、對輸出能量控制而言，該第二電容電壓命令值Vb_po大於該電容電壓Vb(亦即，Vb-Vb_po=300-400<0，為負值)，該控制器裝置30係控制該第二直流-直流轉換裝置20減少輸出之能量。

二、狀況B：假設該電容電壓Vb為405伏特(係小於該第一電容電壓命令值Vb_pi(410伏特)，但大於該第二電容電壓命令值Vb_po(400伏特))，因此：

1、對輸入能量控制而言，該第一電容電壓命令值Vb_pi大於該電容電壓Vb(亦即，Vb_pi-Vb=410-405>0，為正值)，該控制器裝置30係控制該第一直流-直流轉換裝置10增加輸入之能量；

2、對輸出能量控制而言，該第二電容電壓命令值Vb_po小於該電容電壓Vb(亦即，Vb-Vb_po=405-400>0，為正值)，該控制器裝置30係控制該第二直流-直流轉換裝置20增加輸出之能量。

三、狀況C：假設該電容電壓Vb為420伏特(係皆大於該第一電容電壓命令值Vb_pi(410伏特)與該第二電容電壓命令值Vb_po(400伏特))，因此：

1、對輸入能量控制而言，該第一電容電壓命令值Vb_pi小於該電容電壓Vb(亦即，Vb_pi-Vb=410-420<0，為負值)，該控制器裝置30係控制該第一直流-直流轉換裝置10減少輸入之能量；

2、對輸出能量控制而言，該第二電容電壓命令值Vb_po小於該電容電壓Vb(亦即，Vb-Vb_po=420-400>0，為正值)，該控制器裝置30係控制該第二直流-直流轉換裝置20增加輸出之能量。

在本發明中，該第一電容電壓命令值Vb_pi與該第二電容電壓命令值Vb_po之設定值，係視獨立型太陽能轉換系統之拓樸架構(topology)而定，惟，該第一電容電壓命令值Vb_pi係設定為大於該第二電容電壓命令值Vb_po。

因此，綜上所述，一旦該獨立型太陽能轉換系統開始操作時，由於該第一直流-直流轉換裝置10尚未啟動，因此，該電容電壓Vb係等於該太陽光伏模組所輸出之該直流電壓Vpv，在本實施例假設為300伏特。接著，由於該第一電容電壓命令值Vb_pi大於該電容電壓Vb(亦即，Vb_pi-Vb=410-300>0)，使得該第一直流-直流轉換裝置10啟動，透過增加該第一直流-直流轉換裝置10之輸入能量，因此，使得控制該第一直流-直流轉換裝置10之第一控制信號(例如，責任週期duty cycle)增加。其中，該電容電壓Vb與該直流電壓Vpv之關係為： ，其中，變數D為第一控制信號，因此，進而使該電容電壓Vb隨之增加。同時，對該第二直流-直流轉換裝置20而言，由於該第二電容電壓命令值Vb_po大於該電容電壓Vb(亦即，Vb-Vb_po=300-400<0)，因此，該第二直流-直流轉換裝置20之輸出能量降低。

之後，隨著該電容電壓Vb逐漸增加，假若達到405伏特，由於該第一電容電壓命令值Vb_pi大於該電容電壓Vb(亦即，Vb_pi-Vb=410-405>0)，同樣地，該第一直流-直流轉換裝置10持續增加輸入能量，因此，使得控制該第一直流-直流轉換裝置10之第一控制信號(例如，責任週期duty cycle)再增加，進而使該電容電壓Vb亦隨之增加。同時，對該第二直流-直流轉換裝置20而言，由於該第二電容電壓命令值Vb_po小於該電容電壓Vb(亦即，Vb-Vb_po=405-400>0)，因此，該第二直流-直流轉換裝置20之輸出能量則開始增加。

之後，隨著該電容電壓Vb持續逐漸增加，假若達到420伏特，由於該第一電容電壓命令值Vb_pi小於該電容電壓Vb(亦即，Vb_pi-Vb=410-420<0)，此時，該第一直流-直流轉換裝置10則減少輸入能量，因此，使得控制該第一直流-直流轉換裝置10之第一控制信號(例如，責任週期duty cycle)減小，進而使該電容電壓Vb亦隨之降低。同時，對該第二直流-直流轉換裝置20而言，由於該第二電容電壓命令值Vb_po小於該電容電壓Vb(亦即，Vb-Vb_po=420-400>0)，因此，該第二直流-直流轉換裝置20之輸出能量亦持續增加。

由於透過調整第一控制信號之大小，可以改變該第一直流-直流轉換裝置10與該第二直流-直流轉換裝置20之能量輸出狀況。惟，因為第一控制信號為非線性之參數，因此，並不容易直接控制第一控制信號。因此，本發明之精神在於：直接透過控制該電容電壓Vb，使得直接或間接地控制該直流電流Ipv、該直流電壓Vpv，因此最後得以控制第一控制信號。

因此，配合請見第三圖，係為本發明該控制器裝置之方塊示意圖。該控制器裝置30係更包含一輸入能量控制模組312與一輸出能量控制模組322。其中，該輸入能量控制模組312係包含一電容電壓控制單元3122、一輸入電壓控制單元3124、一輸入電流控制單元3126以及一第一控制信號產生單元3128。該電容電壓控制單元3122，係接收該電容電壓Vb與該第一電容電壓命令值Vb_pi之一第一電壓差值ΔVb1，以提供該電容電壓Vb之控制。其中，該第一電壓差值ΔVb1係為該第一電容電壓命令值Vb_pi減去該電容電壓Vb時，亦即，當該第一電容電壓命令值Vb_pi大於該電容電壓Vb時，該第一電壓差值ΔVb1為正；反之，當該第一電容電壓命令值Vb_pi小於該電容電壓Vb時，該第一電壓差值ΔVb1為負。該輸入電壓控制單元3124係連接該電容電壓控制單元3122，以提供該太陽光伏模組之該直流電壓Vpv之控制。值得一提，其中，本發明更提供最大功率點追蹤之技術，係整合於該電容電壓控制單元3122與該輸入電壓控制單元3124中，至少，該最大功率點追蹤之技術說明，將在後文有進一步之描述。

該輸入電流控制單元3126係連接該輸入電壓控制單元3124，以提供該太陽光伏模組之該直流電流Ipv之控制。該第一控制信號產生單元3128係連接該輸入電流控制單元3126，以提供該第一直流-直流轉換裝置10之第一控制信號之控制。

再者，該輸出能量控制模組322係包含一輸出電流控制單元3222、一第二控制信號產生單元3224以及一功率前饋單元3226。該輸出電流控制單元3222，係接收該電容電壓Vb與該第二電容電壓命令值Vb_po之一第二電壓差值ΔVb2，以提供該第二直流-直流轉換裝置20之輸出電流控制。該第二控制信號產生單元3224係連接該輸出電流控制單元3222，以提供該第二直流-直流轉換裝置20之第二控制信號控制。該功率前饋單元3226係連接該輸出電流控制單元3222與該第二控制信號產生單元3224，以消除因該負載變動所造成之功率干擾。

此外，在本發明中更導入最大功率點追蹤(maximum power point tracing)之技術。配合參見第四圖，係為本發明最大功率點追蹤之示意圖。本發明所採用之最大功率點追蹤技術係為擾動觀察法(perturbation and observation method)，該方法之原理，簡單來說，就是利用擾動該太陽光伏模組之該輸出直流電壓Vpv，並量測其輸出功率變化，並根據輸出功率之變化情況，調整該直流電壓Vpv之擾動方向，使該太陽光伏模組能獲得最大功率輸出。因此，如第四圖所示，顯示出該太陽光伏模組之操作主要分為兩個特性區域：

一、工作點在右半區間時，亦可分為兩種情形，如圖所示之操作a與操作b。對操作a而言，係為功率變化減少(ΔP<0)且電壓變化增加(ΔV>0)之情形；對操作b而言，係為功率變化增加(ΔP>0)且電壓變化減少(ΔV<0)之情形。此外，就最大功率點追蹤之擾動觀察法所採行之電壓擾動來說，為了使輸出最大功率往最大功率Pmax之方向靠近，因此電壓擾動之方向則往最大功率Pmax發生時之最大電壓Vmax靠近，亦即電壓擾動變化係為減少之值(ΔVstep<0)；

二、工作點在左半區間時，亦可分為兩種情形，如圖所示之操作c與操作d。對操作c而言，係為功率變化減少(ΔP<0)且電壓變化減少(ΔV<0)之情形；對操作d而言，係為功率變化增加(ΔP>0)且電壓變化增加(ΔV>0)之情形。此外，就最大功率點追蹤之擾動觀察法所採行之電壓擾動來說，為了使輸出最大功率往最大功率Pmax之方向靠近，因此電壓擾動之方向則往最大功率Pmax發生時之最大電壓Vmax靠近，亦即電壓擾動變化係為增加之值(ΔVstep>0)。

因此，直接透過控制該電容電壓Vb，使得直接或間接地控制該直流電流Ipv、該直流電壓Vpv，得以控制第一控制信號之技術，再結合所採行之最大功率點追蹤之擾動觀察法，可發展為本發明之具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統。複請參見第三圖之上半部，該最大功率點追蹤之擾動觀察法技術係整合於該電容電壓控制單元3122與該輸入電壓控制單元3124中，其中，圖中所標示之Vb_max係為該電容電壓Vb之最大值；再者，圖中所標示之Vpv_lim係為對該太陽光伏模組所輸出之該直流電壓Vpv提供電壓擾動時之電壓值，若以數位控制來表示，Vpv_lim[k]=Vpv_lim[k-1]+ΔVstep，其中，變數k係表示時間。

參見第五圖，係為本發明具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統之操作方法之流程圖。具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統之操作方法，係透過一太陽光伏模組輸出一直流電流與一直流電壓，並經過轉換該直流電流與該直流電壓，以對一負載供電；具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統之操作方法係包含下列步驟：提供一第一直流-直流轉換裝置，以接收該直流電壓並轉換該直流電壓之電壓準位，進而提供一電容電壓(S100)。提供一第二直流-直流轉換裝置，以接收該電容電壓並轉換該電容電壓之電壓準位，進而提供該負載供電所需之電壓(S200)。提供一控制器裝置，係具有一第一比較單元與一第二比較單元；該第一比較單元係接收該電容電壓與一第一電容電壓命令值，以比較該電容電壓與該第一電容電壓命令值；該第二比較單元係接收該電容電壓與一第二電容電壓命令值，以比較該電容電壓與該第二電容電壓命令值(S300)。其中，該第一電容電壓命令值係大於該第二電容電壓命令值，在本實施例中，以該第一電容電壓命令值係大於該第二電容電壓命令值10伏特為較佳實施態樣。此外，該控制器裝置係更包含一輸入能量控制模組與一輸出能量控制模組。該輸入能量控制模組係連接該第一比較單元，並接收該電容電壓與該第一電容電壓命令值之電壓差值，以產生一第一控制信號，進而控制該第一直流-直流轉換裝置。該輸出能量控制模組係連接該第二比較單元，並接收該電容電壓與該第二電容電壓命令值之電壓差值，以產生一第二控制信號，進而控制該第二直流-直流轉換裝置。

值得一提，該輸入能量控制模組係包含一電容電壓控制單元、一輸入電壓控制單元、一輸入電流控制單元以及一第一控制信號產生單元。該電容電壓控制單元係接收該電容電壓與該第一電容電壓命令值之電壓差值，以提供該電容電壓之控制。該輸入電壓控制單元係連接該電容電壓控制單元，以提供該太陽光伏模組之該直流電壓之控制。該輸入電流控制單元係連接該輸入電壓控制單元，以提供該太陽光伏模組之該直流電流之控制。該第一控制信號產生單元係連接該輸入電流控制單元，以提供該第一直流-直流轉換裝置之第一控制信號之控制。此外，該輸出能量控制模組係包含一輸出電流控制單元與一第二控制信號產生單元。該輸出電流控制單元係接收該電容電壓與該第二電容電壓命令值之電壓差值，以提供該第二直流-直流轉換裝置之輸出電流控制。該第二控制信號產生單元係連接該輸出電流控制單元，以提供該第二直流-直流轉換裝置之第二控制信號控制。此外，該控制器裝置係提供一最大功率點追蹤之技術，並且，該最大功率點追蹤之技術係為一擾動觀察法(perturbation and observation method)技術。

當該第一電容電壓命令值大於該電容電壓時，該控制器裝置控制該第一直流-直流轉換裝置增加輸入之能量；當該第一電容電壓命令值小於該電容電壓時，該控制器裝置控制該第一直流-直流轉換裝置減少輸入之能量(S400)。當該第二電容電壓命令值大於該電容電壓時，該控制器裝置控制該第二直流-直流轉換裝置減少輸出之能量；當該第二電容電壓命令值小於該電容電壓時，該控制器裝置控制該第二直流-直流轉換裝置增加輸出之能量(S500)。由於透過調整第一控制信號之大小，可以改變該第一直流-直流轉換裝置與該第二直流-直流轉換裝置之能量輸出狀況。惟，因為第一控制信號為非線性之參數，因此，並不容易直接控制第一控制信號。因此，直接透過控制該電容電壓，使得直接或間接地控制該直流電流、該直流電壓，最後得以控制第一控制信號。故此，根據該獨立型太陽能轉換系統之輸入能量與輸出能量之關係，利用對該電容電壓之判斷，提供能量之控制。

綜上所述，本發明係具有以下之優點：

1、直接透過判斷該電容電壓與電容電壓命令值之關係，了解該獨立型太陽能轉換系統之輸入能量與輸出能量之關係，並且，不需要直接控制非線性之第一控制信號，而係直接控制該電容電壓，使得直接或間接地控制該直流電流、該直流電壓，得以控制第一控制信號；及

2、結合所採行之最大功率點追蹤之擾動觀察法，可提升太陽能發電之整體效率。

惟，以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

〔本發明〕

10．．．第一直流-直流轉換裝置

20．．．第二直流-直流轉換裝置

30．．．控制器裝置

310．．．第一比較單元

312．．．輸入能量控制模組

3122．．．電容電壓控制單元

3124．．．輸入電壓控制單元

3126．．．輸入電流控制單元

3128．．．第一控制信號產生單元

320．．．第二比較單元

322．．．輸出能量控制模組

3222．．．輸出電流控制單元

3224．．．第二控制信號產生單元

3226．．．功率前饋單元

Vpv．．．直流電壓

Ipv．．．直流電流

Vb．．．電容電壓

Vb_pi．．．第一電容電壓命令值

Vb_po．．．第二電容電壓命令值

△Vb1．．．第一電壓差值

△Vb2．．．第二電壓差值

Vb_max．．．電容電壓最大值

△Vstep．．．電壓擾動變化值

S100~S500．．．步驟

第一圖係為本發明具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統之方塊示意圖；

第二圖係為本發明該獨立型太陽能轉換系統之一控制器裝置之方塊示意圖；

第三圖係為本發明該控制器裝置之方塊示意圖；

第四圖係為本發明最大功率點追蹤之示意圖；及

第五圖係為本發明具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統之操作方法之流程圖。

10．．．第一直流-直流轉換裝置

20．．．第二直流-直流轉換裝置

30．．．控制器裝置

Vpv．．．直流電壓

Ipv．．．直流電流

Vb．．．電容電壓

Claims (10)

1. 一種具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統，係透過一太陽光伏模組輸出一直流電流與一直流電壓，並經過轉換該直流電流與該直流電壓，以對一負載供電，其中該具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統係包含：
   一第一直流-直流轉換裝置，係電性連接該太陽光伏模組，以接收該直流電壓並轉換該直流電壓之電壓準位，並提供一電容電壓；
   一第二直流-直流轉換裝置，係電性連接該第一直流-直流轉換裝置，以接收該電容電壓並轉換該電容電壓之電壓準位，進而提供該負載供電所需之電壓；及
   一控制器裝置，係電性連接該第一直流-直流轉換裝置與該第二直流-直流轉換裝置，其中該控制器裝置係包含：
   一第一比較單元，係接收該電容電壓與一第一電容電壓命令值，以比較該電容電壓與該第一電容電壓命令值；及
   一第二比較單元，係接收該電容電壓與一第二電容電壓命令值，以比較該電容電壓與該第二電容電壓命令值；
   其中，當該第一電容電壓命令值大於該電容電壓時，該控制器裝置係控制該第一直流-直流轉換裝置增加輸入之能量；當該第一電容電壓命令值小於該電容電壓時，該控制器裝置係控制該第一直流-直流轉換裝置減少輸入之能量；當該第二電容電壓命令值大於該電容電壓時，該控制器裝置係控制該第二直流-直流轉換裝置減少輸出之能量；當該第二電容電壓命令值小於該電容電壓時，該控制器裝置係控制該第二直流-直流轉換裝置增加輸出之能量；其中該第一電容電壓命令值係大於該第二電容電壓命令值。
2. 如申請專利範圍第1項該具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統，其中該控制器裝置係更包含：
   一輸入能量控制模組，係連接該第一比較單元，並接收該電容電壓與該第一電容電壓命令值之電壓差值，以產生一第一控制信號，進而控制該第一直流-直流轉換裝置；及
   一輸出能量控制模組，係連接該第二比較單元，並接收該電容電壓與該第二電容電壓命令值之電壓差值，以產生一第二控制信號，進而控制該第二直流-直流轉換裝置。
3. 如申請專利範圍第1項該具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統，係更包含：
   一緩衝電容器，係電性並聯連接該第一直流-直流轉換裝置與該第二直流-直流轉換裝置，以提供該第一直流-直流轉換裝置與該第二直流-直流轉換裝置間之能量緩衝。
4. 如申請專利範圍第2項該具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統，其中該輸入能量控制模組係包含：
   一電容電壓控制單元，係接收該電容電壓與該第一電容電壓命令值之電壓差值，以提供該電容電壓之控制；
   一輸入電壓控制單元，係連接該電容電壓控制單元，以提供該太陽光伏模組之該直流電壓之控制；
   一輸入電流控制單元，係連接該輸入電壓控制單元，以提供該太陽光伏模組之該直流電流之控制；及
   一第一控制信號產生單元，係連接該輸入電流控制單元，以提供該第一直流-直流轉換裝置之控制。
5. 如申請專利範圍第2項該具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統，其中該輸出能量控制模組係包含：
   一輸出電流控制單元，係接收該電容電壓與該第二電容電壓命令值之電壓差值，以提供該第二直流-直流轉換裝置之輸出電流控制；及
   一第二控制信號產生單元，係連接該輸出電流控制單元，以提供該第二直流-直流轉換裝置之控制。
6. 如申請專利範圍第5項該具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統，其中該輸出能量控制模組係更包含：
   一功率前饋單元，係連接該輸出電流控制單元與該第二控制信號產生單元，以消除因該負載變動所造成之功率干擾。
7. 一種具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統之操作方法，係透過一太陽光伏模組輸出一直流電流與一直流電壓，並經過轉換該直流電流與該直流電壓，以對一負載供電；具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統之操作方法係包含下列步驟：
   (a)提供一第一直流-直流轉換裝置，以接收該直流電壓並轉換該直流電壓之電壓準位，進而提供一電容電壓；
   (b)提供一第二直流-直流轉換裝置，以接收該電容電壓並轉換該電容電壓之電壓準位，進而提供該負載供電所需之電壓；
   (c)提供一控制器裝置，係具有一第一比較單元與一第二比較單元；該第一比較單元係接收該電容電壓與一第一電容電壓命令值，以比較該電容電壓與該第一電容電壓命令值；該第二比較單元係接收該電容電壓與一第二電容電壓命令值，以比較該電容電壓與該第二電容電壓命令值；
   (d)當該第一電容電壓命令值大於該電容電壓時，該控制器裝置控制該第一直流-直流轉換裝置增加輸入之能量；當該第一電容電壓命令值小於該電容電壓時，該控制器裝置控制該第一直流-直流轉換裝置減少輸入之能量；及
   (e)當該第二電容電壓命令值大於該電容電壓時，該控制器裝置控制該第二直流-直流轉換裝置減少輸出之能量；當該第二電容電壓命令值小於該電容電壓時，該控制器裝置控制該第二直流-直流轉換裝置增加輸出之能量，其中該第二電容電壓命令值係小於該第一電容電壓命令值。
8. 如申請專利範圍第7項該具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統之操作方法，其中該控制器裝置係更包含：
   一輸入能量控制模組，係連接該第一比較單元，並接收該電容電壓與該第一電容電壓命令值之電壓差值，以產生一第一控制信號，進而控制該第一直流-直流轉換裝置；及
   一輸出能量控制模組，係連接該第二比較單元，並接收該電容電壓與該第二電容電壓命令值之電壓差值，以產生一第二控制信號，進而控制該第二直流-直流轉換裝置。
9. 如申請專利範圍第8項該具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統之操作方法，其中該輸入能量控制模組係包含：
   一電容電壓控制單元，係接收該電容電壓與該第一電容電壓命令值之電壓差值，以提供該電容電壓之控制；
   一輸入電壓控制單元，係連接該電容電壓控制單元，以提供該太陽光伏模組之該直流電壓之控制；
   一輸入電流控制單元，係連接該輸入電壓控制單元，以提供該太陽光伏模組之該直流電流之控制；及
   一第一控制信號產生單元，係連接該輸入電流控制單元，以提供該第一直流-直流轉換裝置之控制。
10. 如申請專利範圍第8項該具有最大功率點追蹤之獨立型太陽能轉換系統之操作方法，其中該輸出能量控制模組係包含：
    一輸出電流控制單元，係接收該電容電壓與該第二電容電壓命令值之電壓差值，以提供該第二直流-直流轉換裝置之輸出電流控制；及
    一第二控制信號產生單元，係連接該輸出電流控制單元，以提供該第二直流-直流轉換裝置之控制。