TWI498517B - Multi - standby solar power supply system - Google Patents

Description

多重備援太陽能供電系統

本發明係有關一種太陽能供電系統，尤指一種多重備援太陽能供電系統。

隨著電子科技的進步，各種電子設備對於穩定工作電力的需求越來越高。目前常見的電源供應器，當市內電力供應發生故障或電力下降時，則喪失正常供應穩定電力的能力進而造成電子設備直接斷電關閉，甚至損壞昂貴的電子設備。為避免單一輸入來源故障時產生的問題，習知技術係利用不斷電系統(Uninterrupted Power System，UPS)連接該電源供應器，藉此於輸入來源故障時暫時提供穩定的電力驅動該電子設備，以降低突然失去輸入電力的風險。一般不斷電系統係以交流市電作為充電來源，就能源短缺且價格不斷高漲的現況，仍有另尋其他替代方案的需求。

太陽能被視為乾淨、低汙染的能源，並且能量來自於太陽，理論上可源源不絕的取用，因而近年不斷的發展其應用。傳統的太陽能供電系統，係由複數太陽能板並列，以獲得較大的太陽光照射面積，透過太陽能板內的半導體電子運動而發電。該些太陽能板通常還連接一可充電的蓄電池，太陽能板接受光線照射發電時所產生的電能儲存於該蓄電池中。該蓄電池進一步提供直流電力輸出給負載使用。

習知有不少已被開發出混合太陽能以及市電作為不斷電系統充電來源的架構，如中華民國專利證書第M317698號，揭露一 種「電力儲存設備的改良結構」，主要包含：至少二電力來源以及一不斷電設備，其中該至少二電力來源係為市電插座以及燃油、太陽能、風力或電池(燃料電池)發電機等任一種，該不斷電設備內建一電力來源選擇器，該不斷電設備的輸出端供與電器設備結合，而該不斷電設備的輸入端透過內建的電力來源選擇器與至少二電力來源連設。藉此，當市電插座停止供應時，該不斷電設備成為電源供應者，同時內建的電力來源選擇器係選擇第二電力來源，使電器設備可持續作動直到市電插座恢復供應者。

另外，中華民國專利證書第M346913號，揭露一種「太陽能供電裝置」，包括一太陽能集電板、一市電插座、一不斷電設備以及一電器設備。該太陽能集電板係用以接收太陽光的光能並轉換為一第一電源。該市電插座係用以提供一第二電源。該不斷電設備係內建一電力來源選擇器，而該電力來源選擇器係與該太陽能集電板及該市電插座連接，用以選擇該第一電源及該第二電源的電力輸入，而該不斷電設備的輸出端係與一電器設備相結合者，藉由該電力來源選擇器，於該第一電源及該第二電源之間選擇切換，以達到節約能源並節省成本的效果者。

如中華民國專利證書第M399538號，揭露一種「風光電複合不斷電系統」，該不斷電系統是將多種再生能源所產生的複數個電能，經一燃料電池電解循環器轉換成一直流輸出電能後，再送至一直交轉換轉換器以將直流輸出電能轉換成一交流電源，並供給複數個交流負載使用。複數個交流負載平時由多種再生能源提供電能，當多種再生能源總提供的電能減弱至一預設值時，則由一市電供給複數個交流負載使用，以得節能效果並維持穩定的供電。

前揭多種混合太陽能與市電的不斷電系統先前技術，多是利用切換市電系統以及太陽能電力系統來做為電子設備的驅動電 力，也就是說仍分屬於不同的供電系統，在切換的過程中，仍可能因為供電電壓的變化而產生突波，對於不斷電系統後端的電子設備產生損害。

本發明的主要目的，在於解決傳統複合式不斷電系統在電力源切換過程中對於後端電子設備的損害。

為達上述目的，本發明提供一種多重備援太陽能供電系統，主要包括有一主太陽能供電裝置以及一輔助太陽能供電裝置。該主太陽能供電裝置包含有一第一太陽能集電板，一取得該第一太陽能集電板轉換電力的第一儲能電池，以及一連接於該第一儲能電池的第一電流輸出線路，該第一儲能電池電性連接於一外部電力供應源。該輔助太陽能供電裝置包含有一第二太陽能集電板，一取得該第二太陽能集電板轉換電力的第二儲能電池，以及一輸出該第二儲能電池電力的第二電流輸出線路。於該主太陽能供電裝置的第一儲能電池以及該輔助太陽能供電裝置的第二電流輸出線路之間設置一第一備援控制單元，該第一備援控制單元偵測該第一儲能電池的電壓以決定是否輸出該第二儲能電池的電力至該第一儲能電池。於該主太陽能供電裝置的第一儲能電池以及該外部電力供應源之間具有一第二備援控制單元，該第二備援控制單元偵測該第二儲能電池的電壓以決定是否輸出該外部電力供應源的電力至該第一儲能電池。

於一實施例中，該第二備援控制單元決定輸出該外部電力供應源的電力至該第一儲能電池時產生一停止該第一備援控制單元輸出該第二儲能電池電力的關閉訊號。

於一實施例中，該第一備援控制單元包含有一分別電性連接於該第一儲能電池以及該第二電流輸出線路的第一開關單元， 以及一偵測該第一儲能電池的電壓以輸出一相對應的第一控制訊號給該第一開關單元的第一控制器。

於一實施例中，該多重備援太陽能供電系統更包含有一設置於該第一開關單元與該第一儲能電池之間的交流直流調變單元。

於一實施例中，該第二備援控制單元包含有一分別連接該外部電力供應源以及該第一儲能電池的第二開關單元，以及一偵測該第二儲能電池的電壓以輸出一相對應的第二控制訊號給該第二開關單元的第二控制器。

於一實施例中，該第二備援控制單元的第二開關單元包含有一關閉該第一開關單元的關閉訊號。

於一實施例中，該多重備援太陽能供電系統更包含有一設置於該第二開關單元與該第一儲能電池之間的交流直流調變單元。

於一實施例中，該主太陽能供電裝置包含有一設置於第一電流輸出線路上的第一直流交流轉換器。

於一實施例中，該輔助太陽能供電裝置包含有一設置於該第二電流輸出線路上的第二直流交流轉換器。

於一實施例中，該多重備援太陽能供電系統更包含有一設置於該主太陽能供電裝置與該輔助太陽能供電裝置之間的電力回充電路，該電力回充電路包含有一電性連接於該第一儲能電池的電力回充控制單元，以及一連接該電力回充控制單元與該第二儲能電池的二極體。

於一實施例中，該電力回充控制單元電性連接於該第一備援控制單元，該第一備援控制單元包含有一決定該電力回充控制單元導通的回充控制訊號。

於一實施例中，該主太陽能供電裝置包含有至少一第三太陽能集電板，一設置於該第三太陽能集電板與該第一儲能電池之間的第三開關單元，以及一偵測該第一儲能電池的電壓以輸出一相對應的第三控制訊號給該第三開關單元的第三控制器。

於一實施例中，該輔助太陽能供電裝置包含有至少一第四太陽能集電板，一設置於該第四太陽能集電板與該第二儲能電池之間的第四開關單元，以及一偵測該第二儲能電池的電壓以輸出一相對應的第四控制訊號給該第四開關單元的第四控制器。

本發明多重備援太陽能供電系統，該主太陽能供電裝置分別電性連接於一輔助太陽能供電裝置以及一外部電力供應源，該輔助太陽能供電裝置所儲存的太陽能電力以及該外部電力供應源的電力都會先儲存於該主太陽能供電裝置的第一儲能電池中，才會統一藉由該第一電流輸出線路輸出至後端的電子裝置。如此一來，該主太陽能供電裝置可以具備多重的備援電力以避免該第一儲能電池缺乏儲存的電力，並增加該第一儲能電池的儲能效率。另外，由於該輔助太陽能供電裝置所儲存的太陽能電力以及該外部電力供應源的電力都會先匯集於該主太陽能供電裝置的第一儲能電池中，可以避免如先前技術，在切換不同備援電力來源的時候，所產生的突波而損害後端電子設備，而具有保護電子負載的能力。

10‧‧‧主太陽能供電裝置

11‧‧‧第一太陽能集電板

12‧‧‧第一儲能電池

13‧‧‧第一電流輸出線路

14‧‧‧第三太陽能集電板

15‧‧‧第三開關單元

16‧‧‧第三控制器

161‧‧‧第三控制訊號

17‧‧‧第一直流交流轉換器

20‧‧‧輔助太陽能供電裝置

21‧‧‧第二太陽能集電板

22‧‧‧第二儲能電池

23‧‧‧第二電流輸出線路

24‧‧‧第四太陽能集電板

25‧‧‧第四開關單元

26‧‧‧第四控制器

261‧‧‧第四控制訊號

27‧‧‧第二直流交流轉換器

30‧‧‧第一備援控制單元

31‧‧‧第一開關單元

311‧‧‧回充控制訊號

32‧‧‧第一控制器

321‧‧‧第一控制訊號

40‧‧‧第二備援控制單元

41‧‧‧第二開關單元

411‧‧‧關閉訊號

42‧‧‧第二控制器

421‧‧‧第二控制訊號

50‧‧‧外部電力供應源

60‧‧‧交流直流調變單元

70、70a‧‧‧電子設備

80‧‧‧電力回充電路

81‧‧‧電力回充控制單元

82‧‧‧二極體

圖1，係本發明多重備援太陽能供電系統的基本電路方塊示意圖。

圖2，係本發明多重備援太陽能供電系統一實施例的細部電路方塊示意圖。

有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：請參閱『圖1』，係本發明多重備援太陽能供電系統的基本電路方塊示意圖，如圖所示：本發明揭露一種多重備援太陽能供電系統，主要包括有一主太陽能供電裝置10以及一輔助太陽能供電裝置20。該主太陽能供電裝置10包含有至少一第一太陽能集電板11，一取得該第一太陽能集電板11轉換電力的第一儲能電池12，以及一連接於該第一儲能電池12的第一電流輸出線路13，該第一電流輸出線路13輸出該第一儲能電池12的電力至後端電子設備70、70a。該主太陽能供電裝置10的第一儲能電池12電性連接於一外部電力供應源50。該輔助太陽能供電裝置20包含有至少一第二太陽能集電板21，一取得該第二太陽能集電板21轉換電力的第二儲能電池22，以及一輸出該第二儲能電池22電力的第二電流輸出線路23。儲存於該主太陽能供電裝置10的該第一儲能電池12中的直流電力，可以直接輸出給後端的電子設備70、70a，或者可以因應使用交流電的電子設備70，於該第一電流輸出線路13上增設一第一直流交流轉換器17，將該第一儲能電池12儲存的直流電力轉換為交流電力輸出給該電子設備70a。

於該主太陽能供電裝置10的第一儲能電池12以及該輔助太陽能供電裝置20的第二電流輸出線路23之間，設置有一第一備援控制單元30，該第一備援控制單元30偵測該第一儲能電池12的電壓以決定是否輸出該第二儲能電池22的電力至該第一儲能電池12。而於該主太陽能供電裝置10的第一儲能電池12以及該外部電力供應源50之間，設置有一第二備援控制單元40，該第二備援控制 單元40偵測該第二儲能電池22的電壓以決定是否輸出該外部電力供應源50的電力至該第一儲能電池12。

請參閱『圖2』，係本發明多重備援太陽能供電系統的一實施例電路方塊示意圖，如圖所示：為了能提供更為充足的備援電力，該主太陽能供電裝置10更包含有至少一第三太陽能集電板14，一設置於該第三太陽能集電板14與該第一儲能電池12之間的第三開關單元15，以及一偵測該第一儲能電池12的電壓以輸出一相對應的第三控制訊號161給該第三開關單元的第三控制器16。於一實施例中，當該第三控制器16偵測該第一儲能電池12的電壓小於29.8V時，如陰天或者該電子設備70、70a大量用電，該第三控制器16輸出該第三控制訊號161使該第三開關單元15開啟並輸入該第三太陽能集電板14的轉換電力給該第一儲能電池12。當該第三控制器16偵測該第一儲能電池12的電壓大於29.8V時，如晴天天氣，則停止輸出該第三控制訊號161，使該第三開關單元15保持關閉。

此外，該輔助太陽能供電裝置20亦可包含有至少一第四太陽能集電板24，一設置於該第四太陽能集電板24與該第二儲能電池22之間的第四開關單元25，以及一偵測該第二儲能電池22的電壓以輸出一相對應的第四控制訊號261給該第四開關單元25的第四控制器26。於一實施例中，當該第四控制器26偵測該第二儲能電池22的電壓小於29.8V時，如陰天或者提供大量電力充入該第一儲能電池12，該第四控制器16輸出該第四控制訊號261使該第四開關單元25開啟並輸入該第四太陽能集電板24的轉換電力給該第二儲能電池22。當該第四控制器26偵測該第二儲能電池22的電壓大於29.8V時，則停止輸出該第四控制訊號261，使該第四開關單元25保持關閉。

於本實施例中，該第一備援控制單元30更細部來說包含有一分別電性連接於該第一儲能電池12以及該第二電流輸出線路23的第一開關單元31，以及一偵測該第一儲能電池12的電壓以輸出一相對應的第一控制訊號321給該第一開關單元31的第一控制器32。該輔助太陽能供電裝置20包含有一設置於該第二電流輸出線路23上的第二直流交流轉換器27。該第一備援控制單元30包含有一設置於該第一開關單元31與該第一儲能電池12之間的交流直流調變單元60。於一實施例中，當該第一控制器32偵測該第一儲能電池12的電壓低於25V時，該第一控制器32輸出該第一控制訊號321使該第一開關單元31開啟，該第二儲能電池22的電力透過該第二電流輸出線路23輸出，並經過該第二直流交流轉換器27調變為220V交流電力後通過該第一開關單元31，該220V的交流電力再經過該交流直流調變單元60轉換為高壓直流電力充入該第一儲能電池23。當該第一控制器32偵測該第一儲能電池12的電壓高於28.5V時，該第一控制器32則停止輸出該第一控制訊號321使該第一開關單元31關閉，停止來自該第二儲能電池22的電力充入該第一儲能電池12。

另一方面，該第二備援控制單元40更進一步包含有一分別連接該外部電力供應源50以及該第一儲能電池12的第二開關單元41，以及一偵測該第二儲能電池22的電壓以輸出一相對應的第二控制訊號421給該第二開關單元41的第二控制器42。該交流直流調變單元60亦分別連接該第二開關單元41以及該第一儲能電池12。於一實施例中，當該第二控制器42偵測該第二儲能電池22的電壓低於22V時，該第二控制器42輸出該第二控制訊號421使該第二開關單元41開啟，該外部電力供應源50的220V交流電力通過該第二開關單元41後，利用該交流直流調變單元60將該220V的交流電力調變為高壓直流電力充入該第一儲能電池12。除此之外，該第二開 關單元41亦輸出一關閉訊號411給該第一開關單元31，該關閉訊號411關閉該第一開關單元31而停止輸出該第二儲能電池22的電力給該第一儲能電池12。如此，以避免該第一儲能電池12同時接收來自該外部電力供應源50的電力以及該第二儲能電池22的電力。當該第二控制器42偵測該第二儲能電池22的電壓高於26V時，該第二控制器42則停止輸出該第二控制訊號421而使該第二開關單元41關閉，停止來自該外部電力供應源50的電力充入該第一儲能電池12。

於本發明中，該外部電力供應源50除了可以對該第一儲能電池12充電外，亦可間接對該第二儲能電池22充電以增加整體充電的效率。該主太陽能供電裝置10與該輔助太陽能供電裝置20之間更設置有一電力回充電路80，該電力回充電路80包含有一電性連接於該第一儲能電池12的電力回充控制單元81，以及一連接該電力回充控制單元81與該第二儲能電池22防止電流由該第二儲能單元22逆流至該第一儲能單元12的二極體82。該電力回充控制單元81電性連接該第一備援控制單元30的第一開關單元31，該第一開關單元31包含有一決定該電力回充控制單元81導通的回充控制訊號311。於一實施例中，當該第一儲能電池12透過該外部電力供應源50進行充電時，該第二開關單元41輸出該關閉訊號411以關閉該第一開關單元31，此時，該第一開關單元31輸出該回充控制訊號311給該電力回充單元81使其開啟，使該第一儲能電池12充入的電力亦可通過該電力回充單元81與該二極體82對該第二儲能電池22進行充電。如此，有效利用該外部電力供應源50輸出的電力，並提升該第一儲能電池12與該第二儲能電池22的充電效率。

藉由本發明多重備援太陽能供電系統，該主太陽能供電裝置除了可以使用第一太陽能集電板對該第一儲能電池進行充電外， 亦可透過一輔助太陽能供電裝置以及一外部電力供應源對該第一儲能電池進行充電，大幅提升該第一儲能電池充電的效率。除此之外，相較於傳統不斷電系統在不同電力來源之間進行切換，本發明多重備援太陽能供電系統將該第一太陽能集電板、該輔助太陽能供電裝置以及該外部電力供應源的電力皆充入該第一儲能電池後，再統一由該第一儲能電池提供後端電子設備電力，如此一來可以避免切換電力所產生的突波，減少後端電子設備因為突波而損壞的機會。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明的一較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作的均等變化與修飾，皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。

10‧‧‧主太陽能供電裝置

11‧‧‧第一太陽能集電板

12‧‧‧第一儲能電池

13‧‧‧第一電流輸出線路

17‧‧‧第一直流交流轉換器

20‧‧‧輔助太陽能供電裝置

21‧‧‧第二太陽能集電板

22‧‧‧第二儲能電池

23‧‧‧第二電流輸出線路

30‧‧‧第一備援控制單元

40‧‧‧第二備援控制單元

50‧‧‧外部電力供應源

70、70a‧‧‧電子設備

Claims (13)

1. 一種多重備援太陽能供電系統，包括有：一主太陽能供電裝置，包含有一第一太陽能集電板，一取得該第一太陽能集電板轉換電力的第一儲能電池，以及一連接於該第一儲能電池的第一電流輸出線路，該第一儲能電池電性連接於一外部電力供應源；一輔助太陽能供電裝置，包含有一第二太陽能集電板，一取得該第二太陽能集電板轉換電力的第二儲能電池，以及一輸出該第二儲能電池電力的第二電流輸出線路；一第一備援控制單元，設置於該主太陽能供電裝置的第一儲能電池以及該輔助太陽能供電裝置的第二電流輸出線路之間，該第一備援控制單元偵測該第一儲能電池的電壓以決定是否輸出該第二儲能電池的電力至該第一儲能電池；以及一第二備援控制單元，設置於該主太陽能供電裝置的第一儲能電池以及該外部電力供應源之間，該第二備援控制單元偵測該第二儲能電池的電壓以決定是否輸出該外部電力供應源的電力至該第一儲能電池。
2. 如申請專利範圍第1項所述多重備援太陽能供電系統，其中，該第二備援控制單元決定輸出該外部電力供應源的電力至該第一儲能電池時產生一停止該第一備援控制單元輸出該第二儲能電池電力的關閉訊號。
3. 如申請專利範圍第1項所述多重備援太陽能供電系統，其中，該第一備援控制單元包含有一分別電性連接於該第一儲能電池以及該第二電流輸出線路的第一開關單元，以及一偵測該第一儲能電池的電壓以輸出一相對應的第一控制訊號給該第一開關單元的第一控制器。
4. 如申請專利範圍第3項所述多重備援太陽能供電系統，其中更包含有一設置於該第一開關單元與該第一儲能電池之間的交流直流調變單元。
5. 如申請專利範圍第3項所述多重備援太陽能供電系統，其中，該第二備援控制單元包含有一分別連接該外部電力供應源以及該第一儲能電池的第二開關單元，以及一偵測該第二儲能電池的電壓以輸出一相對應的第二控制訊號給該第二開關單元的第二控制器。
6. 如申請專利範圍第5項所述多重備援太陽能供電系統，其中，該第二備援控制單元的第二開關單元包含有一關閉該第一開關單元的關閉訊號。
7. 如申請專利範圍第5項所述多重備援太陽能供電系統，其中更包含有一設置於該第二開關單元與該第一儲能電池之間的交流直流調變單元。
8. 如申請專利範圍第5項所述多重備援太陽能供電系統，其中，該主太陽能供電裝置包含有至少一第三太陽能集電板，一設置於該第三太陽能集電板與該第一儲能電池之間的第三開關單元，以及一偵測該第一儲能電池的電壓以輸出一相對應的第三控制訊號給該第三開關單元的第三控制器。
9. 如申請專利範圍第8項所述多重備援太陽能供電系統，其中，該輔助太陽能供電裝置包含有至少一第四太陽能集電板，一設置於該第四太陽能集電板與該第二儲能電池之間的第四開關單元，以及一偵測該第二儲能電池的電壓以輸出一相對應的第四控制訊號給該第四開關單元的第四控制器。
10. 如申請專利範圍第1項所述多重備援太陽能供電系統，其中，該主太陽能供電裝置包含有一設置於第一電流輸出線路上的第一直流交流轉換器。
11. 如申請專利範圍第10項所述多重備援太陽能供電系統，其中，該輔助太陽能供電裝置包含有一設置於該第二電流輸出線路上的第二直流交流轉換器。
12. 如申請專利範圍第1項所述多重備援太陽能供電系統，其中更包含有一設置於該主太陽能供電裝置與該輔助太陽能供電裝置之間的電力回充電路，該電力回充電路包含有一電性連接於該第一儲能電池的電力回充控制單元，以及一連接該電力回充控制單元與該第二儲能電池的二極體。
13. 如申請專利範圍第12項所述多重備援太陽能供電系統，其中，該電力回充控制單元電性連接於該第一備援控制單元，該第一備援控制單元包含有一決定該電力回充控制單元導通的回充控制訊號。