TWI499886B - 估算電路的最大功率點功率的方法 - Google Patents
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Description
本案是關於太陽能電池，特別是關於計算太陽能電池的最大功率點的電壓、電流與功率的方法。
由於矽含量豐富及光伏材料相關技術成熟，因此太陽能電池(Solar Cell，可稱之為光伏Photovoltaic Cell，PV電池)大多以矽為主要原料。由P-N半導體材料所做而成的光電能轉換元件，並且直接將光能轉換成電能輸出，而太陽能電池，根據日照強度與環境溫度的變化而影響太陽能板輸出功率的大小，目前市面上的太陽能電池所使用的材料可分為單晶矽、多晶矽及非晶矽。此三種材料的光電轉換原理大致相同，但因為在結構上的差異，而發展出不同的太陽能電池。
太陽能電池是由許多的太陽能電池單體經由串聯、並聯連接後提供更大的電壓及電流的輸出，太陽能電池為一種採用P-N接面半導體之電能裝置，但當沒有太陽光時，它就相當於是個二極體而已。為了讓太陽能電池能產生最大的輸出，太陽能板的材質特性必須配合
電路上的操作，如利用電壓回授法、功率回授法、直線近似法、實際量測法、擾動觀察法及增量電導法或者其它最大功率追蹤控制法(Maximum Power Point Tracking，MPPT)，隨時追蹤太陽能電池的最佳工作點，使其能以最大功率輸出。
請參閱第一圖，其為習知太陽能電池的功率對電壓的示意圖。橫軸代表太陽能電池輸出電壓V pv
，單位為伏特Volt，縱軸代表太陽能電池的輸出功率P pv
，單位為毫瓦mW。在第一圖中可知最大功率點P在曲線C1斜率等於零的地方。一般而言，太陽能電池的規格包含其開路電壓V oc
、短路電流I sc
、電壓常數、及電流常數，開路電壓V oc
乘以該電壓常數可計算出理想中太陽能電池的最大功率輸出時的電壓，而短路電流I sc
乘以該電流常數可計算出理想中太陽能電池的最大功率輸出時的電流，由此可算出最大功率點功率P max
。該電壓常數與電流常數為經驗值，並不會隨日照強度與環境溫度的變化而改變，所以算出來的最大功率點功率P max
並不會隨日照強度與環境溫度的變化而有精確地對應的改變。
因此上述的方法必須再輔以擾動觀察法做調整。所謂擾動觀察法是先測量目前太陽能電池的輸出功率，然後提供一擾動電壓使太陽能電池的輸出電壓V pv
增加或減少，再偵測太陽能電池的輸出功率，若太陽能電池的輸出功率增加，則表示擾動的方向正確，若太陽能電池的輸出功率減少，則表示擾動的方向不正確，需做調整。由第一圖中的曲線C1亦可知，曲線C1上的最大功率點P的切線斜率等於0，在最大功率點P的左邊的曲線C1上的點Q的切線斜率大於0，在最大功率點P的右邊的曲線C1上的點R的切線斜率小於O，因此當時，也就是在Q點的切線斜率大於零時，代表Q點是在最大功率點P的左方，需要增加太陽能電池的輸出電壓V pv
才能使太陽能電池的輸出功率P pv
接近最大功率點功率P max
，而當時，也就是在R點的切線斜率小於零時，代表R點是在最大功率點P的右方，需要降低太陽能電池的輸出電壓V pv
才能使太陽能電池的輸出功率接近最大功率點功率P max
，而當時，也就是在P點的切線斜率等於零時，則太陽能電池的輸出功率已經達到最大功率點功率P max
，不需再增加或減少太陽能電池的輸出電壓V pv
。
雖然擾動觀察法具有結構簡單，需要量測的參數較少的優點。但擾動觀察法會在最大功率點P左右震盪，而造成能量損失並降低太陽能轉換效率。因此在擾動觀察法之前，若能提供較精準且快速的估計最大功率點功率的方法，不僅能降低能量損失，而且更能因應光
強度與環境溫度的變化而快速反應，使太陽能電池的輸出功率快速地達到最大功率點功率。
有鑒於先前技術的缺失，一種估算一電路的最大功率點電壓的方法被提出，該電路具有一第一電壓及一第一功率，該方法包含下列步驟：藉由測量該第一功率並運算該第一電壓，以獲得一電壓係數。根據該電壓係數來估算該最大功率點的電壓值。
依據上述構想，另一種估算一電路的最大功率點功率的方法被提出，該電路具有一第一電壓及一第一功率，該方法包含下列步驟：藉由測量該第一功率並運算該第一電壓，以獲得一電壓係數，其中該第一電壓為一太陽能電池的一開路電壓，該電壓係數隨幅射或溫度的變化而改變。根據該電壓係數、該開路電壓、及該第一功率估算一估計電流。根據該估計電流以及一估計電壓來估算該最大功率點功率，其中該估計電壓為該開路電壓與該電壓係數的乘積。
依據上述構想，一種調整一電路的最大功率點功率的方法被提出，該電路具有一第一電壓及一第一功率，該方法包含下列步驟：藉由測量該第一功率並運算該第一電壓，以獲得一電壓係數，其中該電壓係數隨幅射或溫度的變化而改變。根據該電壓係數來估算一第一
功率點功率。根據該第一功率點功率在一單位時間內的變化來決定該第一變數的計算頻率。
請參閱第二圖(a)，其為本案太陽能電池轉換電路的示意圖。太陽能電池轉換電路81包含太陽能電池等效電路10及一負載15。太陽能電池等效電路10中包含一光電流源11、二極體12、一串聯電阻13、及一並聯電阻14。該負載15與該太陽能電池等效電路10耦接。在第一圖中，I
代表負載電流，V
代表負載電壓，R s
代表該串聯電阻13的串聯電阻值，R sh
代表該並聯電阻14的並聯電阻值，I sh
代表流經該並聯電阻14的並聯電流，I d
代表二極體電流，V d
代表二極體電壓，V pv
代表太陽能電池的輸出電壓，I pv
代表太陽能電池的輸出電流，R L
代表該負載15的電阻值。
在第二圖(a)中，太陽能電池受到能量為h
ν的光照射而產生光電流I g
，根據柯希荷夫電流定理(KCL)可知I
=I g
-I d
-I sh
，再根據歐姆定律可知，因此可推得
在第二圖(a)中，根據柯希荷夫電壓定理(KVL)可知V d
=V
+R s I
(2)
在第二圖(a)中，根據PN二極體模型中二極體電流I d
與二極體電壓V d
之間的關係式可知
在第(3)式中的I sat
代表二極體的逆向飽和電流，q
代表電子帶電量1.602×10-19
庫倫，n
為二極體的理想因子，其值介於1~2之間，取決於製程技術，k
代表波茲曼常數1.38×10-23
焦耳/K，T
代表環境溫度，其以絕對溫度表示。
在第二圖(a)中太陽能電池的輸出電流I
=I pv
，太陽能電池的輸出電壓V
=V pv
因此將第(2)式與第(3)式代入第(1)式可得在實際應用上，該並聯電阻值R sh
是由光電流的一小部分流過p-n空乏區或晶粒邊界所產生，因此並聯電阻值R sh
非常大，所以第(4)式可化簡為
該串聯電阻值R s
是由於載子經過半導體區而到達電極E的電子路徑e所產生，該串聯電阻值R s
由製程技術所決定，可由太陽能製造商所題供的太陽能電池的規格中得知。
請回到第一圖，由第一圖可知最大功率點P在曲線C1上切線斜率等於0的地方，切線斜率定義為，因P pv
=I pv
×V pv
，且I
為V
的函數，所以
在第(5)式中I pv
對V pv
微分可得
將第(5)式與第(7)代入第(6)式可得
為了估算最大功率點功率P max
，令β
=0，則第(8)式可化簡為
或其中V mp
代表接近最大功率點P的估計電壓，即為太陽能電池最大功率點的電壓值；而I mp
代表接近最大功率點P的估計電流，即為太陽能電池最大功率點的電流值。
為了要求出估計電壓V mp
與開路電壓V oc
之間的關係，當太陽能電池處於開路狀態時，在第(5)式中輸出電流I pv
=0，便可得到開路電壓的表示式為
或開路電壓開路電壓V oc
為一常數，電池規格通常會附註開路電壓V oc
，開路電壓V oc
與短路電流I sc
是太陽能電池等效電路10在特定的溫度與輻射下所量測得到的，當該負載15在一開路狀態時，輸出電流I pv
=0，此時該太陽能電池等效電路10提供一第一電壓至該負載15，該第一電壓為一太陽能電池的開路電壓V oc
。當該負載15在一短路狀
態時，輸出電壓V pv
=0，此時該太陽能電池等效電路10提供一第一電流至該負載15，該第一電流為一太陽能電池的短路電流I sc
。
從第(10)式與第(11)式可推得估計電壓V mp
與開路電壓V oc
之間的關係如下：
請參閱第二圖(b)，其為本案太陽能直流轉交流電路的示意圖。太陽能直流轉交流電路82包含一太陽能電池系統20、直流轉交流電路21、及一市電23，對於太陽能電池等效電路10並接或串接而成的一太陽能電池系統20而言，該太陽能電池系統20產生的功率可經過直流轉交流(DC/AC)電路21轉為市電功率。以太陽能電池系統20產生的功率經由DC/AC電路而輸出一交流功率為例，該交流功率的有效線功率P S1
=V s
*I s
*cosθ
=Vs
*I T
(14)其中V s
為線電壓的均方根值，I s
為線電流的均方根值，θ
為線電壓向量與線電流向量之間的夾角，I T
為線電流值。
請參閱第二圖(c)，其為本案太陽能直流轉直流電路的示意圖。太陽能直流轉直流電路83包含一太陽能電池系統20、直流轉直流電路22、及一市電24，對於太陽能電池等效電路10並接或串接而成的該太陽能電
池系統20而言，該太陽能電池系統20產生的功率可經過直流轉直流(DC/DC)電路22轉為市電功率P S2
。
另一方面，該太陽能電池等效電路10的輸出功率P pv
為一直流功率，該輸出功率P pv
=I pv
*V pv
(15)。根據能量不滅定律，功率轉換時有一些能量以熱量的形式散發掉，因此該輸出功率P pv
與該有效線功率P s
之間的關係為ηP pv
=P s
(16)，將第(14)式與第(15)式代入第(16)式可得ηI pv
*V pv
=V s
*I T
，因此I pv
=(V s
*I T
)/ηV pv
(17)
如此一來，該太陽能電池的輸出電流I pv
就可以獲得而不需直接使用直流感測器來量測。在第(13)式中的I mp
=I pv
=(V s
*I T
)/ηV pv
，，將上述兩式代入第(13)式中可得
在第(14)式中的該有效線功率P s
=V s
*I T
可由測量得知，因此在第(18)式中除了V mp
為變數之外，其他都是常數。為了解出接近最大功率點的估計電壓V mp
，假設估計電壓V mp
為開路電壓V oc
的倍數，即V mp
=mV oc
，將上式代入第(18)式的方程式可得
從第(19)式的方程式中解出m
，即可求出接近最大功率點功率P max
的估計電壓V mp
。當然也可以根據第一圖中
的曲線C1來求，所求出的估計電壓V mp
在橫軸上對應於縱軸上的功率，就是接近最大功率點的功率。在第一圖中的曲線C1會根據太陽能電池不同的材質而不同。以上估算一太陽能電池等效電路10最大功率點P max
的估計電壓V mp
的方法，整理如下，該太陽能電池等效電路10具有一開路電壓V oc
及太陽能電池的輸出功率P pv
，太陽能電池的輸出功率P pv
經由直流轉直流電路22(DC/DC)或直流轉交流電路21(DC/AC)轉換後輸出一第一功率P S
，該方法包含下列步驟：第一步驟，由第(16)~(19)式的推算可知，本案藉由測量該第一功率P S
並運算該開路電壓V oc
，以獲得一電壓係數m
。第二步驟，根據該電壓係數m
來估算該最大功率點功率P max
的估計電壓V mp
，再利用控制器將太陽能電池的電壓設定為所估計電壓V mp
的電壓值。此時，太陽能電池即操作在最大功率點的狀態，此時太陽能電池便為輸出最大功率。
一般而言，依照上述的方法估算出來接近最大功率點功率P max
的誤差已經很小或是以無誤差，當有誤差時，可接著使用擾動觀察法來得到精準的最大功率點功率P max
。
請參閱第二圖(d)與第二圖(e)，其為習知擾動觀察法的示意圖。請同時參考第二圖(a)與第二圖(b)，擾動
觀察法的步驟如下：
第一步驟：計算估計電壓V mp
，並計算其對應於一曲線C2上功率點Y或曲線C3上功率點Z的切線斜率。
第二步驟：當該切線斜率大於0時，提供一第一擾動電壓V D1
於該負載15，使該太陽能電池的輸出電壓V pv
增加。當該斜率小於0時，提供一第二擾動電壓V D2
於該負載15，使該太陽能電池的輸出電壓V pv
減少。當該斜率等於0時，該太陽能電池的輸出功率P pv
已達到最大功率點功率P max
。
以上為本案第一實施例的估算方法。本案第二實施例的估算方法是利用上述的方法求出估計電壓V mp
後，再算出估計電流I mp
以及估算最大功率點功率P max
。在第(17)式中V pv
用估計電壓V mp
代入可求得估計電流I mp
。因此本案第二實施例的步驟如下：第一步驟，由第(16)~(19)式的推算可知，本案藉由測量該第一功率P S
並運算該開路電壓V oc
，以獲得一電壓係數m
。第二步驟，根據該電壓係數m
、該開路電壓V oc
、及該第一功率P S
估算一估計電流I mp
。第三步驟，根據該估計電流I mp
與估計電壓V mp
來估算該最大功率點功率P max
。
上述的方法是由二極體元件的關係式，及電路基
本定理KVL與KCL所導出，也就是說只要符合上述二極體12的元件特性與太陽能電池等效電路10的特性都可以應用上述方法來估算出最大功率點功率P max
。例如太陽能電池的材料為單晶矽、多晶矽、非晶矽、Π-Ⅵ族半導體、Ⅲ-V族半導體、有機太陽能電池、銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池，或是染料敏化太陽電池。
請參閱第三圖(a)，其為輻射強度與電壓係數m
以及該估計電流I mp
與該短路電流I sc
的比值關係的示意圖。橫軸為太陽能電池等效電路10所吸收的光的輻射強度，單位為(瓦/平方公尺)，左邊的縱軸為估計電壓V mp
與開路電壓V oc
的比值，即電壓係數m
，右邊的縱軸為該估計電流I mp
與該短路電流I sc
的比值。從第三圖(a)可知，當輻射強度漸漸增加時，該電壓係數m
亦漸漸增加，因此該電壓係數m
與輻射強度的關係為正相關，但增加幅度較微小。當輻射強度漸漸增加時，估計電流I mp
與短路電流I sc
的比值I mp /I sc
幾乎為一定值。
請參閱第三圖(b)，其為溫度與電壓係數m
以及該估計電流I mp
與該短路電流I sc
的比值的關係的示意圖。橫軸為太陽能電池的環境溫度，以攝氏℃為單位，左邊的縱軸為估計電壓V mp
與開路電壓V oc
的比值，即電壓係數m
，右邊的縱軸為該估計電流I mp
與該短路電流I sc
的比值。從第三圖(b)可知，當溫度上升時，該電壓係
數m
漸漸減少，因此該電壓係數m
與溫度的關係為負相關。當溫度上升時，該估計電流I mp
與該短路電流I sc
的比值I mp /I sc
漸漸增加，其與溫度的關係為正相關。
由上述本案第一實施例與第二實施例的方法可知，該電壓係數m
可以即時估算獲得，如果當輻射強度或溫度變化很大時，必定會造成最大功率點功率P max
的變化劇烈，此時可利用上述的方法，當最大功率點功率P max
在單位時間內變化較劇烈時，則增加計算該電壓係數m
的頻率，當最大功率點功率P max
在單位時間內的變化較小時，則減少計算該電壓係數m
的頻率，此為本案第三實施例，其為調整太陽能電池等效電路10的以達到最大功率點功率P max
的方法，該電路具有一開路電壓V oc
及太陽能電池輸出功率P pv
，該太陽能電池輸出功率P pv
經轉換後輸出一第一功率P S
，該方法的步驟如下：第一步驟，藉由測量該第一功率P S
並運算該開路電壓V oc
，以獲得一電壓係數m
，其中該電壓係數m
與輻射強度及溫度相關。第二步驟，根據該電壓係數m
、該開路電壓V oc
、及該第一功率P S
估算一估計電流I mp
，再根據該估計電流I mp
與該估計電壓V mp
來估算一第一功率點功率。第三步驟，根據該第一功率點功率在一單位時間內的變化率來決定該電壓係數m
的計算頻率。
由第三實施例計算出該電壓係數m
後，由V mp
=m
×V oc
可即時獲得該估計電壓V mp
，當然可以繼續使用上述的擾動法增加最大功率點功率P max
的準確。
請參閱第四圖，其為本案調整最大功率點功率的硬體架構圖。該硬體架構30包含該太陽能電池系統20、一轉換器33、一測量單元31、及一處理單元32。該太陽能電池系統20輸出該太陽能電池輸出功率P pv
，該轉換器33可把直流轉換成交流，也可以把直流轉換成直流。該轉換器33將太陽能電池輸出功率P pv
轉換之後輸出一第一功率點功率P S1
，該測量單元31偵測該第一功率點功率P S1
在單位時間內的變化RPS1
，並且將該變化RPS1
輸出至處理單元32。該處理單元32，接收該變化RPS1
，當該變化RPS1
大於或等於一標準值時，該處理單元32增加計算密度，當該變化RPS1
小於該標準值時，該處理單元32減少計算密度。該標準值依照使用不同的材料而定，較佳地可設為5~10瓦。計算頻率依照每秒該第一功率點功率P S1
的變化而定，例如當每秒該第一功率點功率P S1
的變化小於5瓦，則每秒計算密度設為1次，當每秒該第一功率點功率P S1
的變化大於5瓦，則每秒計算密度設為2次，當每秒該第一功率點功率P S1
的變化大於10瓦，則每秒計算密度設為3次。當該處理單元32計算出估計電壓V mp
後，該處理
單元32將估計電壓V mp
傳送至太陽能電池系統20，以使其能調整太陽能電池的輸出功率P pv
。
在本案第一實施例中，一種估算一電路的最大功率點電壓的方法被提出，該電路具有一第一電壓及一第一功率，該方法包含下列步驟：藉由測量該第一功率並運算該第一電壓，以獲得一電壓係數，其中該電壓係數隨幅射或溫度的變化而改變。根據該電壓係數來估算該最大功率點的電壓值。
其中，該電路還包含一負載，該負載具有一電阻值，當該負載在一開路狀態時，該電路提供該第一電壓至該負載，該第一電壓為一太陽能電池的開路電壓。當該負載在一短路狀態時，該電路提供一第一電流至該負載，該第一電流為該太陽能電池的短路電流。
其中，該第一功率是經由一直流轉交流電路或一直流轉直流電路轉換而來。
其中，當測量該第一功率時可獲得一測量功率，一估計電壓為該開路電壓與該電壓係數的乘積，該電壓係數是經由運算該開路電壓與該測量功率而獲得。
其中，該太陽能電池所使用的材料為單晶矽、多晶矽、非晶矽、Π-Ⅵ族半導體、Ⅲ-V族半導體、有機太陽能電池、銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池，或是染料敏化太陽電池。
其中，該方法更包含一擾動觀察法，該電路還包含一負載，該電路的輸出功率對輸出電壓繪成一曲線，該擾動觀察法包含下列步驟：估算一估計電壓，並計算其對應於該曲線上的點的切線斜率，其中該估計電壓為該開路電壓與該電壓係數的乘積。當該切線斜率大於0時，提供一第一擾動電壓於該負載，使該太陽能電池的輸出電壓增加，當該斜率小於0時，提供一第二擾動電壓於該負載，使該太陽能電池的輸出電壓減少，當該斜率等於0時，該太陽能電池的輸出功率已達到最大功率點功率。
在本案第二實施例中，一種估算一電路的最大功率點功率的方法被提出，該電路具有一第一電壓及一第一功率，該方法包含下列步驟：藉由測量該第一功率並運算該第一電壓，以獲得一電壓係數，其中該第一電壓為一太陽能電池的一開路電壓，該電壓係數隨幅射或溫度的變化而改變。根據該電壓係數、該開路電壓、及該第一功率估算一估計電流。根據該估計電流與一估計電壓來估算該最大功率點功率，其中該估計電壓為該開路電壓與該電壓係數的乘積。
其中，該電路還包含一負載，該負載具有一電阻值，當該負載在一開路狀態時，該電路提供一第一電壓至該負載。當該負載在一短路狀態時，該電路提供一第
一電流至該負載，該第一電流為該太陽能電池的短路電流。
其中，該第一功率是經由一直流轉交流電路或一直流轉直流電路轉換而來。
其中，當測量該第一功率時可獲得一測量功率，該電壓係數是經由運算該第一電壓與該測量功率而獲得，該電壓係數隨幅射或溫度的變化而改變。
其中，該估計電流藉由運算該測量功率及該估計電壓而獲得，該最大功率點功率藉由運算該估計電流及該估計電壓而獲得。
其中，該太陽能電池所使用的材料為單晶矽、多晶矽、非晶矽、Π-Ⅵ族半導體、Ⅲ-V族半導體、有機太陽能電池、銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池，或是染料敏化太陽電池。
其中，該方法更包含一擾動觀察法，該電路還包含一負載，該電路的輸出功率對輸出電壓繪成一曲線，該擾動觀察法包含下列步驟：估算一估計電壓，並計算其對應於該曲線上的點的切線斜率，其中該估計電壓為該第一電壓與該第一變數的乘積。當該切線斜率大於0時，提供一第一擾動電壓於該負載，使該太陽能電池的輸出電壓增加，當該斜率小於0時，提供一第二擾動電壓於該負載，使該太陽能電池的輸出電壓減少，當該斜
率等於0時，該太陽能電池的輸出功率已達到最大功率點功率。
依據上述構想，一種調整電路最大功率點功率的方法被提出，該電路具有一第一電壓及一第一功率，該方法包含下列步驟：藉由測量該第一功率並運算該第一電壓，以獲得一電壓係數，其中該電壓係數隨幅射或溫度的變化而改變。根據該電壓係數來估算一第一功率點功率。根據該第一功率點功率在一單位時間內的變化來決定該電壓係數的計算頻率。
其中，該電路與一測量單元及一處理單元耦接，該測量單元偵測該第一功率點功率在該單位時間內的變化，當該變化大於或等於一標準值時，該處理單元增加該計算密度，當該變化小於該標準值時，該處理單元減少該計算密度。
其中，該電壓係數與幅射為正相關，該電壓係數與溫度為負相關。
其中，該太陽能電池所使用的材料為單晶矽、多晶矽、Π-Ⅵ族半導體、Ⅲ-V族半導體、有機太陽能電池、銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池，或是染料敏化太陽電池。
其中，該方法更包含一擾動觀察法，該電路的輸出功率對輸出電壓繪成一曲線，該擾動觀察法包含下列
步驟：估算一估計電壓，並計算其對應於該曲線上的點的切線斜率，其中該估計電壓為該開路電壓與該電壓係數的乘積。當該切線斜率大於0時，提供一第一擾動電壓於該負載，使該太陽能電池的輸出電壓增加，當該斜率小於0時，提供一第二擾動電壓於該負載，使該太陽能電池的輸出電壓減少，當該斜率等於0時，該太陽能電池的輸出功率已達到最大功率點功率。
本發明的說明與實施例已揭露於上，然其非用來限制本發明，凡習知此技藝者，在不脫離本發明的精神與範圍之下，當可做各種更動與修飾，其仍應屬在本發明專利的涵蓋範圍之內。
10‧‧‧太陽能電池等效電路
11‧‧‧光電流源
12‧‧‧二極體
13‧‧‧串聯電阻
14‧‧‧並聯電阻
15‧‧‧負載
I
‧‧‧負載電流
V
‧‧‧負載電壓
RPS1
‧‧‧第一功率點功率在單位時間內的變化
R s
‧‧‧串聯電阻值
R sh
‧‧‧並聯電阻值
I sh
‧‧‧並聯電流
I d
‧‧‧二極體電流
V d
‧‧‧二極體電壓
V pv
‧‧‧太陽能電池的輸出電壓
I pv
‧‧‧太陽能電池的輸出電流
R L
‧‧‧負載電阻值
V mp
‧‧‧估計電壓
I mp
‧‧‧估計電流
V oc
‧‧‧開路電壓
I sc
‧‧‧短路電流
m
‧‧‧電壓係數
P max
‧‧‧最大功率點功率
P pv
‧‧‧太陽能電池輸出功率
P S
‧‧‧有效線功率
P S1
‧‧‧第一功率點功率
20‧‧‧太陽能電池系統
21‧‧‧直流轉交流電路
22‧‧‧直流轉直流電路
30‧‧‧本案調整最大功率點功率的硬體架構
31‧‧‧測量單元
32‧‧‧處理單元
33‧‧‧轉換器
第一圖：習之太陽能電池的功率對電壓的示意圖；第二圖(a)：本案太陽能轉換電路的示意圖；第二圖(b)：本案太陽能直流轉交流電路的示意圖；第二圖(c)：本案太陽能直流轉直流電路的示意圖；第二圖(d)：習知擾動觀察法的示意圖；第二圖(e)：習知擾動觀察法的示意圖；第三圖(a)：輻射強度與電壓係數以及該估計電流I mp
與該短路電流I sc
的比值的關係的示意圖；第三圖(b)：溫度與電壓係數以及該估計電流I mp
與該短路電流I sc
的比值的關係的示意圖；及第四圖：本案調整最大功率點功率的硬體架構圖。
10‧‧‧太陽能電池等效電路
11‧‧‧光電流源
12‧‧‧二極體
13‧‧‧串聯電阻
14‧‧‧並聯電阻
15‧‧‧負載
I
‧‧‧負載電流
V
‧‧‧負載電壓
R s
‧‧‧串聯電阻值
R sh
‧‧‧並聯電阻值
I sh
‧‧‧並聯電流
I d
‧‧‧二極體電流
V d
‧‧‧二極體電壓
V pv
‧‧‧太陽能電池的輸出電壓
I pv
‧‧‧太陽能電池的輸出電流
R L
‧‧‧負載電阻值
Claims (10)
- 一種估算一電路的最大功率點電壓的方法，該電路具有一第一電壓及一第一功率，該方法包含下列步驟：藉由測量該第一功率並運算該第一電壓，以獲得一電壓係數，其中該電壓係數隨幅射或溫度的變化而即時改變，且該電壓係數是經由即時運算該第一電壓與該第一功率而獲得；及根據該電壓係數來估算該最大功率點電壓。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該電路還包含一負載，該負載具有一電阻值：當該負載在一開路狀態時，該電路提供該第一電壓至該負載，該第一電壓為一太陽能電池的開路電壓；當該負載在一短路狀態時，該電路提供一第一電流至該負載，該第一電流為該太陽能電池的短路電流；該第一功率是經由一直流轉交流電路或一直流轉直流電路轉換而來；當測量該第一功率時可獲得一測量功率，一估計電壓為該開路電壓與該電壓係數的乘積；該電壓係數是經由運算該開路電壓與該測量功率而獲得；及該太陽能電池所使用的材料為單晶矽、多晶矽、非晶矽、Π-Ⅵ族半導體、Ⅲ-V族半導體、有機太陽能電池、銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池，或是染料敏化太陽電池。
- 如申請專利範圍第2項所述的方法，更包含一擾動觀察 法，其中該電路還包含一負載，該電路的輸出功率對輸出電壓繪成一曲線，該擾動觀察法包含下列步驟：估算一估計電壓，並計算其對應於該曲線上的點的切線斜率，其中該估計電壓為該開路電壓與該電壓係數的乘積；及當該切線斜率大於0時，提供一第一擾動電壓於該負載，使該太陽能電池的輸出電壓增加，當該斜率小於0時，提供一第二擾動電壓於該負載，使該太陽能電池的輸出電壓減少，當該斜率等於0時，該太陽能電池的輸出功率已達到最大功率點功率。
- 一種估算一電路的最大功率點功率的方法，該電路具有一第一電壓及一第一功率，該方法包含下列步驟：藉由測量該第一功率並運算該第一電壓，以獲得一電壓係數，其中該第一電壓為一太陽能電池的一開路電壓，該電壓係數隨幅射或溫度的變化而即時改變，其中該第一功率被即時測量而獲得一測量功率；根據該電壓係數、該開路電壓、及該第一功率估算一估計電流，其中該電壓係數是經由即時運算該開路電壓與該測量功率而獲得，該估計電流藉由即時運算該測量功率及一估計電壓而獲得；及根據該估計電流以及該估計電壓來估算該最大功率點功率，其中該估計電壓為該開路電壓與該電壓係數的乘積。
- 如申請專利範圍第4項所述的方法，其中該電路還包含 一負載，該負載具有一電阻值：當該負載在一開路狀態時，該電路提供該開路電壓至該負載；當該負載在一短路狀態時，該電路提供一第一電流至該負載，該第一電流為該太陽能電池的短路電流；以及該第一功率是經由一直流轉交流電路或一直流轉直流電路轉換而來。
- 如申請專利範圍第5項所述的方法，其中：該最大功率點功率藉由運算該估計電流及該估計電壓而獲得；及該太陽能電池所使用的材料為單晶矽、多晶矽、非晶矽、Π-Ⅵ族半導體、或Ⅲ-V族半導體、有機太陽能電池、銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池，或是染料敏化太陽電池。
- 如申請專利範圍第4項所述的方法，更包含一擾動觀察法，其中該電路還包含一負載，該電路的輸出功率對輸出電壓繪成一曲線，該擾動觀察法包含下列步驟：估算該估計電壓，並計算其對應於該曲線上的點的切線斜率，其中該估計電壓為該開路電壓與該電壓係數的乘積；及當該切線斜率大於0時，提供一第一擾動電壓於該負載，使該太陽能電池的輸出電壓增加，當該斜率小於0時，提供一第二擾動電壓於該負載，使該太陽能電池的輸出電壓減少，當該斜率等於0時，該太陽能電池的輸出功率已達到最大功率點功率。
- 一種調整電路最大功率點功率的方法，該電路具有一第一電壓及一第一功率，該方法包含下列步驟：藉由測量該第一功率並運算該第一電壓，以獲得一電壓係數，其中該電壓係數隨幅射或溫度的變化而即時改變；根據該電壓係數來估算一估計電壓以及一估計電流，再根據該估計電流與該估計電壓來估算一第一功率點功率；根據該第一功率點功率在一單位時間內的變化來決定該電壓係數的計算次數。
- 如申請專利範圍第8項所述的方法，其中該電路與一測量單元及一處理單元耦接，該測量單元偵測該第一功率點功率在該單位時間內的變化，其中：當該變化大於或等於一標準值時，該處理單元增加一計算頻率；當該變化小於該標準值時，該處理單元減少該計算頻率；該電壓係數隨幅射或溫度的變化而即時改變；該電壓係數與幅射為正相關；該電壓係數與溫度為負相關；及該電路用於一太陽能電池，該太陽能電池所使用的材料為單晶矽、多晶矽、非晶矽、Π-Ⅵ族半導體、Ⅲ-V族半導體、有機太陽能電池、銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池，或是染料敏化太陽電池。
- 如申請專利範圍第9項所述的方法，更包含一擾動觀 察法，其中該電路的輸出功率對輸出電壓繪成一曲線，該擾動觀察法包含下列步驟：估算該估計電壓，並計算其對應於該曲線上的點的切線斜率，其中該估計電壓為該太陽能電池的一開路電壓與該電壓係數的乘積；及當該切線斜率大於0時，提供一第一擾動電壓於該負載，使該太陽能電池的輸出電壓增加，當該斜率小於0時，提供一第二擾動電壓於該負載，使該太陽能電池的輸出電壓減少，當該斜率等於0時，該太陽能電池的輸出功率已達到最大功率點功率。
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