TWI642251B - 使用最大電能使用點追蹤技術的電力系統 - Google Patents

Abstract

當一個電力系統能持續在最大電能使用點(MEUP) 運作，它就可以從系統中榨取最大的電能效益。實用的MEUP追蹤技術可在最大擷取總和電力的電壓點運作，這個電壓點可以被設計在很接近發電機最大的電力產生點；本專利之電力系統納入發明的剩餘電力擷取器，可以近乎完美的擷取所有生產的電力；暫時存儲剩餘電力到儲能器中；再加上專利發明的電力配送調節器，可以調節來自電力擷取器和儲能器中的電能去調配出適量的電力，並且以接近不多不少的電力去滿足瞬間的負載電力需求。因此本發明能找到並追蹤系統的最大電能使用點去實現使”電力系統持續地在MEUP電壓點運作”這個功能。

Description

使用最大電能使用點追蹤技術的電力系統

本發明係關於一種追蹤技術，特別係關於一種最大電能使用點追蹤技術。

許多綠能發電機都是利用具有無法固定其強度的天然再生能源作為其初始能源，例如太陽能、風力、潮汐和潮波動...等。這類發電機大都會使用一個稱之為MPPT的器件，用來追蹤隨時在改變的最大發電功率的電壓點。一般而言，此器件是一個韌體，用來持續尋找並追蹤伴隨初始能源強度變動所產生的最大發電功率之電壓值。

一般說來，傳統綠能電力系統整合商業團隊會使用MPPT得到的電壓來管控整個系統的運作，包括電能產生、電能擷取和電能調節後，再將電能配送給負載的運作。換句話說，傳統綠能電力系統會強迫整個系統依據MPPT所指出的最大發電功率的電壓點來運作。這種系統的運作方式在本文中稱之為”盲目的追隨MPPT規範”。

在本專利的主張範圍不只是解決前述實際案例的缺點或其使用環境。應該說，本背景敘述僅提供實施案例被應 用的領域之一而已。

本專利發明人發現盲目的遵循MPPT，並不是最優化的運作方式：第一，盲目的MPPT運作方式不能保證符合電力擷取器件的特性，能夠有效益(effectively)與有效率(efficiently)的去擷取生產的電能。第二、盲目的MPPT運作方式在調整電能的器件和(/或)配送擷取電力的器件，對應在電能使用效率上，是不保證匹配的。第三、電能的使用效率不只與電能的生產有必然的關聯，它也跟電能的消耗有著緊密的關係。第四、在任一電力系統中，即使此系統符合能量與電荷守恆定律，瞬間負載的電力消耗通常仍然不等於該發電機瞬間生產的電力。

盲目遵循MPPT的運作方式，會導致商業化”綠能電力系統”的設計者；忽視掉”每個器件的真實效益與效率，是必須在實際使用環境中用實驗量測出”。例如從發電機實際擷取電能的效率與效益，又如擷取後的電能經過調整後配送電能給負載的效益與效率。根據本專利所述的原理，一個系統的控制器效益與效率就等同於”電能使用效率”是必須在實際使用情況下用實驗測出的。在本專利主張範圍和本文的敘述中，瞬間的”電能使用效率”可定義為負載瞬間消耗的電能，加上此瞬間儲存的電能總和，除以此瞬間發電機生產的電能所得到的商數。在具代表性的實施案例中，所用的瞬間數值都是在”初始能源之輸入強度與負載都維持在一段穩定的長時間”狀態下 所得到的，在這個條件下能讓電力生產、電力消耗、電力儲存和彼此間的比例，達到一個接近穩定的狀態。

在沒有說明如何由實驗測量去取得相關的電能使用效率數據，一般商用的’綠能電力系統’都宣稱它們系統控制器之電能使用效率>90%，但是本專利發明人從許多商用系統的實驗測量結果顯示：如果採用盲目的遵循MPPT的電壓來操作系統，則發電機擷取電力的效益、調整電能後配送給負載的效率、以及電能使用效率會是非常差的。一個典型的控制器在盲目的遵循MPPT運作方式下工作，即使商業上聲稱是高效率，實際效率值卻仍然可以低於30%。

本專利倡議在電力系統必須使用”最大電能使用點(MEUP)”追蹤技術來取代MPPT追蹤技術。當一個電力系統一直在他的MEUP點上操作，則一定能從電力系統上得到最大的電能使用效率。

本專利發明人藉由量測電力系統每一個環節，徹底完整地研究了電力系統；從電能的生產、電能的擷取、到電能的調整、電能的配送，和電能的使用效益與效率；所以能把每個環節相關的每個問題揭露出來，加以一一解決。發明人設計出在每一個環節上可增加效率的方法；將每一段環節：電能產生，電能擷取和電能供應，一一地加以優化，而獲得到一個很實用的方法去尋找並追蹤電力系統的最大電能使用點(MEUPT)。

這個MEUPT追蹤技術是讓發電機在接近最大功率生產點運作，結合本專利發明的剩餘電力擷取器，有效的去 擷取所有最大生產電力；將未使用的剩餘電力暫時儲存到所設計的儲能器之中；利用所發明的剩餘電力擷取器，去結合電力擷取器和儲能器中的電能，以適量的電力配送給負載，使它恰恰好，不大不小的能完全滿足負載的需求。

如此一來，本專利所敘述的原理就可以真正的優化電力系統，讓電能使用最大化。特別是綠能電力系統所使用之再生能源，如太陽能、風力、海浪、潮汐發電...等，它們提供的能量強度常常是忽高忽低，造成發電的電力強度也忽高忽低，而本專利原理正好可以讓最大電能使用點的追蹤技術(MEUPT)在變動的發電強度問題上展現出最佳電能使用效益來。

本結論綜述是以一種簡化形式介紹之後的具體實施方式中，所進一步描述的一些概念。本結論綜述的目的不在界定本專利主張範圍的關鍵特性或基本特性，也不是用在輔助確定所要求保護的專利主張範圍。

1000‧‧‧電力系統

1100‧‧‧發電機

1200‧‧‧控制器或管理器

1210‧‧‧電力擷取器

1220‧‧‧能量管理器

1223‧‧‧電力調整管理器

1225‧‧‧電力配送調節器

1230‧‧‧剩餘電力管理器

1233‧‧‧剩餘電力擷取/使用器

1233A‧‧‧主動式剩餘電力擷取器

1233B‧‧‧被動式剩餘電力擷取器

1233C‧‧‧電力供給量管理器

1233D‧‧‧電力配送量調整管理器

1235‧‧‧儲能器

1240‧‧‧MPPT

1300‧‧‧負載

1310‧‧‧燈

1320‧‧‧泵

1330‧‧‧辦公設備

1340‧‧‧家電

1350‧‧‧空調

我們將利用一個較特別的敘述方式，係使用參考附圖來呈現所述的不同實施案例，以彰顯得到前面所引述的內容、相關優點和特性。但必須理解這些附圖只用來描繪實施例，不應該被認為是用來限制本發明的主張範圍。本文將藉由使用附圖所對應的額外特性和細節來描述與解釋這些實施例，可以讓專利所述原理更為明顯易懂。其中：圖1A象徵性地標示出傳統電能系統的架構圖； 圖1B象徵性地標示出根據本專利描述原理的電能系統架構圖；圖1C象徵性地標示出一個電能系統的一般組件架構圖；圖2A到2C的符號象徵性地標示出，一個直流發電機在不同的負載需求下，藉由一個逆變器所擷取的電流，電壓和功率分別與時間對應的函數；圖3A至3C象徵性地標示出，一個直流發電機根據不同負載需求，藉由一個脈衝寬度調變器(PWM)所擷取的電流，電壓和功率分別與時間對應的函數；圖4象徵性地標示出了一種機制；根據本文所述的原理，從逆變器的電力擷取器，將未擷取的剩餘電力擷取出來；和圖5象徵性地標示出專利中所提出的機制，在本文所述的原理下，從PWM電力擷取器，將未擷取的剩餘電力擷取出來；圖6象徵性地示出了連接電網的太陽能發電程序之典型關鍵模塊圖；它所產生的電力從太陽能發電的光伏組串，送到電力擷取和配送電力的直流對直流電(DC/DC)轉換器，然後傳送到電力調節器件的直流對交流電(DC/AC)逆變器，再傳送給電力配送器件的變壓器(TX)送進電網，然後將電力提供給連接在電網上的負載；圖7A、7B和7C說明一個典型的電力擷取器和配送器件；即DC/DC轉換器。

圖7A是DC/DC轉換器的典型電路圖；圖7B標示輸入電力(是典型地直流電力)對應時間的變化，顯示在1/50秒的一段時間內其變化為線性關係。

圖7C標示當連接在50Hz功率的電網時，負載因子調整器(DFA)，如圖7A顯示是由DC/AC逆變器中的同步調整器，來調節(圖上未作顯示)輸出電力對應時間的變化，是以p0*cos ² (ωt)的DC的脈動波形；圖8A、8B、8C和8D顯示了根據本文描述原理所示的剩餘電力擷取器與電力擷取器彼此間的作用；圖8A揭示一個典型的電路圖，藉由圖中間部分的鎖相器，將剩餘電力擷取器(圖的下方)與電力擷取器(圖的上方)連結起來，一起去擷取電力；圖8B說明輸入功率對應時間的函數，在顯示的時段(1/50秒)內是一個直流電力(直線p0)；圖8C揭示當DC/DC轉換器的負載因子調整器(顯示在圖7A)，被DC/AC逆變器(顯示在圖6)中的電力擷取器中的同步調整器(未顯示在圖中)來調控，來使它能與連接在50赫茲功率電網上的電力同步，它的時間的函數為p0*cos ² (ωt)；以及圖8D揭示剩餘電力擷取器之輸出電力與圖8C中所用的電力擷取器相作用時，剩餘電力擷取器之電力輸出的時間的函數關係為p0*sin ² (ωt)。

下文是舉實施例配合所附圖式作詳細說明，以更好地理解本發明的態樣，但所提供的實施例並非用以限制本揭露所涵蓋的範圍，而結構操作的描述非用以限制其執行的順序，任何由元件重新組合的結構，所產生具有均等功效的裝 置，皆為本揭露所涵蓋的範圍。此外，根據業界的標準及慣常做法，圖式僅以輔助說明為目的，並未依照原尺寸作圖，實際上各種特徵的尺寸可任意地增加或減少以便於說明。下述說明中相同元件將以相同的符號標示來進行說明以便於理解。

在全篇說明書與申請專利範圍所使用的用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露的內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本發明揭露的用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本發明揭露的描述上額外的引導。

此外，在本發明中所使用的用詞『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指『包含但不限於』。此外，本發明中所使用的『及/或』，包含相關列舉項目中一或多個項目的任意一個以及其所有組合。

於本發明中，當一元件被稱為『連接』或『耦接』時，可指『電性連接』或『電性耦接』。『連接』或『耦接』亦可用以表示二或多個元件間相互搭配操作或互動。此外，雖然本發明中使用『第一』、『第二』、…等用語描述不同元件，該用語僅是用以區別以相同技術用語描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否則該用語並非特別指稱或暗示次序或順位，亦非用以限定本發明。

第一段：對電力系統的調研。電力系統1000；包括發電機1100、管理器1200、負載1300、和所有與它們相關的模組；這些模組如圖1所示。圖1A、1B、1C示出了傳統電力系統的結構圖；而圖1B示出了根據本文原理描述的電力系統 結構圖。所提供的任一子系統的效率在本文中定義為；這個子系統的輸出量除以前子系統的輸出量的商數。舉例來說如圖1C所示，Ec為提供給負載的電能，Eg是發電機產生的電能，則管理器(控制器)的效率定義為Ec/Eg相除的商數。在圖1中被描繪的模組名稱列示如下：電力系統1000，發電機1100、控制器或管理器1200、傳統電力擷取器1210、控制器中的能量管理器1220、電能調整模組1222、電力調整管理器1223、電力配送管理器1225、剩餘電力管理器1230，剩餘電力擷取/使用器1233，主動式剩餘電力擷取器1233A，被動式剩餘電力擷取器1233B，電力供給量管理器1233C，電力配送量調整管理器1233D，儲能器1235，MPPT1240，負載1300，燈1310，泵1320，辦公設備1330，家電1340，以及空調1350。

如圖1A和1B描述，電力系統1000包括：(1)最少一個發電機1100將初始能源轉換為電力；(2)控制器子系統1200(也稱為「能量管理子系統」或「能量管理器」)，和(3)負載1300。

控制器子系統1200透過從1210到1240的控制器子系統模組，調控整個電力系統管理功能。這些管理功能包括發電機1100發電的調控；藉由傳統的電力擷取器1210執行傳統的電力擷取功能，藉由模組1220中的模組1223來調整能量，和藉由模組1220中的模組1225配送能量給負載，以及執行後方會敘述的其他關鍵功能。控制器子系統1200也可以包括其他功能模組，如MPPT 1240。

負載1300係由一個或不同的設備(電阻性和/或 電感性設備)組合而成，成為所產生電力的使用設備；例如這些設備包括；(a)(單個或多個)燈，1310；(b)(單個或多個)水泵，1320；(c)(單個或多)辦公設備1330，如(單個或多個)數鈔機，(單個或多個)打字機和(單個或多個)電腦..等類似功能的設備；(d)(單個或多個)家電設備1340，如(單個或多個)冰箱，(單個或多個)風扇，(單個或多個)烤麵包機，和(e)(單個或多個)冷暖氣機1350。此處再重申，電能系統1000包括了(單個或多個)發電機1100，(單個或多個)管理器1200、(單個或多個)負載1300；和組成這三者的模組。

發電機是一種器件，可將能量從一種初始能源(如煤，石油，天然氣，核能...等等)轉換成電力。綠能發電機是利用自然再生能源作為初始資源：如太陽光，風，潮汐，或波浪運動來產生電力。這些初始能源的強度通常與時間有著巨大的關聯性；可產生一組隨時間變化的MPPP電壓。通常商用綠能系統配有MPPT之模組1240(子系統1200中的一個模組)，用來追蹤MPPP電壓。

發電機的標準效率被定義為它的最大電力生產值，與初始輸入動力值(在一個標準的初始動力輸入下)相除的商數。但是，如果使用初始能源所產生的動力強度是隨著時間不停改變，那麼發電機的效率也會隨時間變化；所以需要定義一個瞬間效率值；相等於瞬間最大電力生產值(在瞬間初始動力輸入下)，除以此瞬間相對應的初始動力輸入值所得到的商數。

如圖1A中，控制器1200(本專利命名為能源管 理子系統，或管理器)的組合包括器件1210，用來擷取發電機1100產生的電力。控制器1200還包括器件1220，以模塊1222調整電力、模塊1223調控電力，並以模塊1225輸送電力給負載1300。因此本文中將模組1223命名為“電力調整管理器”；並將模組1225命名為“電力配送管理器”。

過去發展的技術中有許多技術可被使用在電能擷取，電能調整，電能調配和電能供應上。這裡將選擇一個太陽能發電組串作為例子，來界定和說明本文中這些電能擷取項目(或電能擷取器)，電能調整、電能調配和電能配送的意義。本文中除非另外界定，本文所述及”電能”和”電力”的字義，就如同以往的技術案例，在本文中兩者是同義而可互換的。

圖6顯示1101是一個太陽能發電的序列架構。從光電能量轉換的器件(PV組串)1101A開始，利用光能作為初始能源來產生電能。然後由DC/DC轉換器1201A來擷取所產生的電能。後方還會說明，DC/DC轉換器1201A也能提高或降低從PV組串1101A的直流電壓，來提供適當電壓的直流電壓電力給DC/AC逆變器1223A。換句話說，DC/DC轉換器1201A可以作為圖1中所揭示的電能調整器1222。DC/AC逆變器1223A則調配收到的直流電力輸送給交流電電源。然後交流電力再經由變圧器1225(見圖6)配送電力給接在電網上的負載1300。如圖1中顯示，與電網連接的所有負載，就可視作為一個「負載」1300的案例描述。也有可能使用直流鏈(DClink，沒在表6中顯示)去連接DC/DC轉換器1201A和DC/AC逆變器1223A，以穩定輸送的電力。在圖7A中，則顯 示DC/DC轉換器1201的一個典型電路設計案例。另外要注意的是；DC/DC轉換器在過去的電力技術領域資料中也可被稱為「昇壓器」。

如圖7A所顯示，DC/DC轉換器的組件包括感應器L；藉由功率因子調整器DFA調控的控制開關Q；二極體D；和電容器C。開關Q是在高頻(典型PWM商品是在15到20KHz)下，在可調的一段範圍之負載因子中工作。這個可調的負載因子是由負載因子調整器DFA來調控，將輸出電壓和功率，符合接續電力器件(譬如圖6中DC/AC逆變器1223A)的要求。負載因子調整器會根據開關Q的開啟關閉功能的設計，隨著時間函數來調整負載因子。因此，藉由一個良好的設計電路，DC/DC轉換器可提供符合設計需求的所期望電壓值、電力波形和頻率。在連接電網的器件單元，AC電力同步調整器(一般安裝在DC/AC逆變器中)，被應用於驅動DFA，來指示調整電力擷取器的輸出電力，形成有一個AC峰值電壓的AC信號p0，一種正弦波形cos²(ωt)與電網同相位的AC信號，其波形則揭示在圖7C中。

在開關Q的開啟期間，設計好的電感器L可從電力輸入單元來擷取能量。特別是在高頻開關中所設定的功率因子下，電感器L可以在週期性時間內利用輸入的電力來充電。直到橫跨開關兩端的電壓V_SW到達接近輸入電壓Vin的電壓值才停止。當開關Q關閉時，電流從電感L經二極體D提供給被設計的電容C充電，因此會對應時間函數，產生一個電壓，相等於所需要的電壓設計值V₀。在一個良好設計的固定頻率DC/DC 轉換器，可藉由調整開關Q的啟動/關閉過程中之負載因子，將輸入電壓依照所要求頻率來產生恰好適當的輸出電壓，提供給接續的器件；(即如同一個接上電網的DC/AC逆電器案例)。在此案例中，設計上使用DC/AC逆變器的同步調整器指示所需的頻率，并且指示隨時間變化的電壓，對負載因子進行即時性的調控。因此產生一個代表cos²(ωt)的純正弦功率形式，有著所需的頻率，所需的峰值電壓，並與電網相位同步。

特別要注意的是；傳統DC/AC逆變器經常是與前述DC/DC轉換器結合在一起，被視作為逆變器的一項組件。這樣組合的單元在過去定義上也常同樣被命名為「DC/AC逆變器」。所以本文中除非另外說明，本文後方所描述提到整合的「DC/AC逆變器」單元，也視作為電力擷取器的一種案例。本文中被提到的電力擷取器不僅能執行電能擷取；而且還可執行「調整和調控」需配送的電力交付給負載。

參考圖1C所示；控制器效率應該被定義為由負載消耗的電能加上所儲存的電能，除上發電機產生的電能所得的商數。參考圖1A和1B所示，當電能系統的設計，若沒有儲能器來保存剩餘電能，使它可以在往後的時間使用時，控制器效率就等於(電力擷取器1210的效率)×(電力配送管理器1220的效率)。而“電能使用效率”也是以同樣的方式定義，等於”控制器效率”。

器件1210的電力(電能)擷取效率；定義為從器件1210的瞬間輸出電力值除以發電機最大生產電力值所得的商數。任何已生產的電力而未被器件1210擷取，就視為器材 1210的失效值。器材1220的電力(電能)輸送效率；定義為器件1220輸送和供給負載的瞬間電力，除以器件1210的電力輸出值所得的商數。

注意，當沒有負載需求時，電力輸送效率為零。當無負載需求時，沒有加入儲能器的電力系統設計，電力擷取效率也是零。因此，負載需求和儲能器容量就會大大的影響電力輸送效率；它也會影響電能擷取效率。此事實明顯的指出，電力的擷取，調整和輸送，與電力需求有著緊密的關聯性。是故根據上述的結果可知，單單遵循MPPT的運作方式是不可能導致可以從電力系統獲得最大的電能使用效益。

更進一步闡述，某些類型的負載(例如水泵)有很窄的功率操作範圍；當所產生之電力和負載所需之電力不相匹配時，會導致與電力系統脫鉤。當輸送的電力低於需求功率的下限，負載可能立刻終止運作，而突然脫離電力需求端。舉例來說，當供應的電力低於一個水泵的操作功率下限時；泵就會停止運作，並與負載需求脫勾，此時發電機所產生的電能就會被浪費了。另一方面，當輸送電力高於負載最大功率需求範圍時，將有一部分電力不被電力擷取器1210取用而浪費掉；不然就會負載脫鉤。而且不管發電機是不是遵循MPPP運作，上述情況皆可能發生。事實上，電力供應與需求不相匹配的情況在綠能電力系統中是經常會發生的；尤其太陽能抽水站的綠能電力系統就普遍性的經常發生上述問題。

以上圖1A所示有關電力系統的分析可歸納如下：(1)負載的功率需求可以大大地影響電能輸送效率和電 能擷取效率。因此，(2)負載的功率需求也會影響控制器的效率，即電能輸送效率和電能擷取效率兩個的乘積(因此兩者綜合的失效值也相乘)；(3)控制器最大效率的操作點與MPPT操作點不一定一致。(4)盲目遵循MPPT的運作方式並不能保證從電力系統取得最大的電能效益。還有最重要的一點是；(5)為了優化電力系統的使用效益(使用率)，必須遵守能量和電荷守恆的兩個定律。必需要將電能擷取與電能輸送分開來優化；讓電力生產/擷取和電力調整/消耗的兩個過程分開來加以優化。

第二段：本文實施案例與案例影響。在描述發明的具體實施案例之前，讓我們審視能源的存在過程。當能量儲存在石化燃料(如媒，燃油..)或電池(化學能)中，或者以位能存放在高處水源，或以動能儲存在轉輪中，這些能量屬於長壽命的能量形式；因為能量以同一形式，可在數分鐘，幾小時，幾年，甚至幾世紀內持續存在。另一方面，某些能量形式的存在壽命是很短的。舉例來說：風力，潮汐波浪動力，和可能在毫秒在短時間內消散的熱力，典型地存在時間從毫秒到秒之間。另一個例子，如果不是保存在電荷隔離或超導的狀態，電能只能持續存在少於10^-7秒(如小於100皮秒)的極短時間內。所以，大多火力電廠，在轉換化學能(石化燃料)成熱能以後；會在產生任何電力之前，立刻轉換這些熱能變成轉動的動能。因為一旦發出電能，就必須在極短的時間消耗掉。

當運用存在壽命很短的綠色能源作為初始能源時，它可以直接產生極短存在壽命的直流電力型態，然後再轉 換成AC電力形態；這樣就必須考慮在電力擷取器件(DC/DC轉換器與DC/AC逆變器結合)，如何將這些比兆赫開關時間還要短的生產電力完全被擷取出來。如果不擷取出來，已轉換的電能會再轉變成無用的非電力形態(熱或光)。如果使用到上述兆赫以上的高頻率開關作為所陳述的電力擷取器件，就應該顧忌著電能可能藉由廣播輻射而損失。因此，文中被描述的原理，是敘述如何採用適當的電力擷取方法，並建立正確的電能儲能器，將這些壽命極短的生產電能加以擷取與存放。然而到今天為止所觀察到的，幾乎所有傳統綠色能源系統設計都沒有採用適當的電力擷取方法，也沒有配備一個正確的儲能器來儲存這些發出的極短電壽命的電力。

由於缺乏正確的電力擷取，導致傳統綠色能源系統有大比例的生產電能是沒有被拮取來運用，因而被浪費。這個大比例的電能(沒擷取或運用)在本文中就可視為「剩餘能量」。發明者認知到在綠色能源系統中丟失了很多剩餘能量，並且認為發電的電能可以被存放入電池(化學能方式)，或者電容器(電荷隔離)，或者其他形式延長它的存在時間。所以，發明者本文中提出原理來描述適當地擷取，存放和使用剩餘能量。此揭露的發明中提出方法，當剩餘能量擷取與所設計適當的儲能器一同工作時，在綠色能源系統中所生產的電力，幾乎就能夠完全地擷取、存放和使用。這些條件後面將會詳細描述。

如圖1B所示，根據本文所敘述電力系統案例是在傳統的電力系統中，加入了器件1230。1230包括器件1233，它是與儲能器1235結合在一起使用的。1230命名為“剩餘電 力管理器”；器件1233則命名為“剩餘電力擷取/使用器”。器件1233含有四個模組；分別為1233A，1233B，1233C，1233D；後面將會說明它們的功能和效果。設計得當時，器件1230可選擇性地在電力擷取過程中儲存剩餘的電能，並在電能配送時，增強或降低供應的電力給負載；它也能順利和有效地處理供應電力與消耗功率不匹配的問題。

進一步來說，器件1233可以在電能擷取過程中長時間運作，選擇性的儲存最多可用的剩餘電能到儲能器1235中。剩餘電能定義為發電機生產的電能中，尚未被傳統電力擷取器件1210取走的剩餘電能。因此，即使當負載發生脫離時，器件1233仍能幫助電力管理子系統1200從發電機中擷取最大量的電力；圖1B的實施例中是將剩餘電能變成可用的電力，因而大大地改進了電力的擷取效率。

器件1233還可以選擇性運用存儲在儲能器1235中的電能，在電能不足時提供電能調整模組1223所需要的電能；如此，當負載功率需求大於擷取的電力，或甚至比發電機所提供的電力還大時，器件1220中的電力配送模組1225可以提供足夠的電力去滿足負載使用的需求。當出現負載需求過高的時段，此設計仍可讓系統順利有效地持續運作，因此它能讓電力供應效益提升。也就是說，本文敘述的原理可以減少負載脫鉤的頻率，而大幅度提高電能輸送效率。本文中所描述的原理，也可以在沒有電力產生時，運用所儲存的剩餘電能來延長供電時間；且提高了電能使用量；尤其是像太陽能電力系統，在每天24小時運作中，幾乎都必需經歷數小時的多雲或夜間是 無法發電的時段。

總結來說，傳統的電力系統設計不包括器件1230及其所附屬模塊能選擇性地擷取剩餘電力的模組。所以傳統設計無法調整適量的輸送電力，(和/)或無法提供足夠電能，去傳輸適量的電力，使能剛剛好滿足變動的瞬間負載需求。因此傳統的設計缺乏本專利發明所描述的最大電能使用效益的優點。至於傳統系統與本文描述原理所衍生的系統差異，可以藉由圖1A和圖1B看出兩者明顯的差別。

依本文所敘述的原理，從發電機擷取的電力總和是藉由傳統電力擷取器件1210和另外添加的剩餘電力擷取器件1230共同擷取所得到的電力。下文將進一步描述，依本文敘述的原理所提出的機制，是可以使兩個器件擷取的電力總和，非常接近所生產的電力。因此，若忽視器件1210和1230本身所消耗的電能，實施例的電能擷取效率幾乎可以達到100%。

同樣依照本文中敘述的原理，器件1230可調節擷取的電力；藉由器件1233的模組(器件1233A，1233B，1233C和1233D)所提供的管理功能，可將分別從發電機和儲能器的電能結合，去協助器件1223和1225(在器件1220的模組)提供適量的電力，可以幾乎準確的滿足負載瞬間需求。因此，器件1230也可以提供將電能生產與電能消耗(使用)分開的功用。

下文進一步要描述的：本文所描述的原理還可以提供一種機制，此機制可安排輸入電力是非常接近器1220所 需要的電力；使得器件1220的輸出電力可以幾乎準確的滿足瞬間需求功率。因此若忽視由器件1220和1230本身所消耗的電能，該實施例的電能輸送效率也接近100%。如此一來，本文描述的原理可以將電力的生產和電力的消耗分開，並藉由功能管理模組1233A，1233C和1233D與儲能器1235和器件1233B的協同工作；讓電能生產、電能擷取；和電能配送可以獨立地去進行優化。

總括而論，根據本文所描述的原理，加入器件1230，可選擇性地將剩餘電力確實地儲存到適當的臨時儲能器；該器件1230理論上可提高電能擷取效率到100%。添加的器件1230，特別是它的模組1233C和1233D也可以選擇性地把從發電機1100擷取的電力和儲能器(1235和設備1233B)中的能量組合為適量的電力，提供給器件1223作為輸入電力，如此使器件1225的輸出電力可以幾乎準確的滿足負載瞬間需求。理論上，這可以將電能供給效率提高到100%。因此，本文描述的原理就可以分開電力生產，擷取和輸送，個別獨立地優化它們的效率。

總結來說；即使符合能量守恆定律，在任何電力系統中，它的負載的瞬間功率消耗通常不等於它生產的電力。如果沒有器件1230；當負載功率需求大於系統供電能力(定義為電力生產、擷取，調節和輸送的最大能力)時，可導致負載脫鉤，大大地降低了電能使用效率。另一方面，當系統供電能力比電力需求更大時，導致過多電力剩餘，這些剩餘電力是不會被擷取或輸送而導致電力輸送(使用)效率降低。

把含有模組1233的器件1230加入系統中，不管負載的需求量是高於或低於瞬間供電能力或者是瞬間產生的電力大小，本發明可以選擇去暫時儲存適量的剩餘電能；(和/)或提取適量的電能來恰好滿足負載所需求的電力。這不僅有效地減輕了上述傳統電力系統所發生的問題，還可以讓任何電力系統獲得最大的電能使用效益。

第三段：檢視傳統電力擷取器。傳統的電力擷取器包括DC/AC逆變器和脈衝寬度調變模塊(PW M)電力擷取器。本節將探討這兩種典型的傳統電力擷取器，來揭示其產生無效益(ineffectiveness)和無效率(inefficiency)的根本原因。

請注意在這個文章段落提到的DC/AC逆變器是指與第一段描述的那些DC/DC轉換器組件單元結合的DC/AC逆變器。並請注意在這個段落提到的PWM電能擷取器件，可以參考本文第一段描述的單一DC/DC轉換器的架構中所用的PWM。這裏再次提醒，文中提到的DC/AC逆變器是指合併DC/DC轉換器作為逆變器的組件；本文中即命名為「DC/AC逆變器」。開關Q在DC/DC轉換器內是用高頻(PWM典型地在15到20千赫之間)去切換開關。PWM信號的負載因子是以一個負載因子調整器(DFA)來調控，而達到其輸出電壓與DC/AC逆變器被設計的電壓相匹配。當負載因子調整器依照時間函數調控負載因子，依循同步管理者(典型地架構在連接電網的DC/AC逆變器上)的規範來達成他的電力輸出與電網中的交流電是同步的。此能源系統就能夠提供與電網交流電有著相同 頻率，相同峰值電壓，相同電力形狀和相同相位的交流電力。

以下所作的假設可以簡化說明情況，又不失去其一般性。假設初始能源可維持恆定的強度(並且發電機是產生恆定的電力)數秒。第一個檢視的情況，它所產生的電力是一個恆定的值，表示在直流電流I₁，直流電壓V₁，直流功率P₁=V₁*I₁*pf，(其中pf是功率因子，功率因子在直流的情況下等於1)；在此案例的大型光伏太陽能發電站來看，擷取電力是用一個傳統的“50-60赫茲純正弦波DC/AC逆變器”來負責擷取電能。接下來，把這一個擷取器當作第一個檢視案例，詳細檢驗如下。

如圖2A所示；曲線2101描繪如發電機的生產電流；也就是一個恆定的直流電流I1。而曲線2102、2103和2104是描述四分之一週期的單相餘弦波AC逆變器中的三個典型擷取電流(忽略內耗損失；輸入=輸出)，它們象徵著在三個不同負載需求的情況下的三個電流擷取曲線；曲線2102顯示為I₂*COS(ωt)，曲線2103顯示為I₃*COS(ωt)或曲線2104顯示為I₄*COS(ωt)。依據電荷守恆定律：I₁>I₂，I₁>I₃和I₁>I₄。這四個平均電流值則分別是I₁，(2/π)*I₂，(2/π)*I₃，和(2/π)*I₄，其中π=3.1416。

如圖2B顯示；曲線2201描述如發電生產的電壓；也就是一個恆定的直流電壓V₁，而曲線2202、2203和2204是描述四分之一週期內的單相餘弦波AC逆變器的三個典型擷取電壓(忽略內耗損失；輸入=輸出)，它們象徵著三種不同負載需求的情況下，三個擷取電壓曲線；曲線2202顯示為V₂*COS (ωt)，曲線2203顯示為V₃*COS(ωt)，或曲線2204顯示為V₄*COS(ωt)。依據能量和電荷守恆定律；V₁>V₂，V₁>V₃，和V₁>V₄。此四個平均電壓值則分別為V₁，(2/π)* V₂，(2/π)* V₃和(2/π)* V₄。

圖2C中還顯示；曲線2301描繪如發電機生產的功率；它是恆定的直流功率P₁，而曲線2302、2303和2304是描述四分之一週期內的單相純餘弦波AC逆變器供給三個不同負載的典型擷取功率(內耗損失忽略不計，輸入=輸出)，它們象徵著三種不同負載需求的情況下，三個功率擷取曲線：曲線2302顯示為P₂*COS(ωt)*COS(ωt)*pf、曲線2303顯示為P₃*COS(ωt)*COS(ωt)*pf，和曲線2304顯示為P₄*COS(ωt)*COS(ωt)*pf。其中pf是負載的功率因子。依據能量守恆定律，P₁>P₂，P₁>P₃，和P₁>P₄。取pf=0.75(超過規範要求的pf>0.7)時，四個平均功率分別是：P₁，0.375* P₂，0.375* P₃和0.375* P₄。

這個純餘弦波交流逆變器，能從發電機擷取的電能比例；是以電力擷取器的輸出電力，除以平均生產電力所得到的商數。在對應不同負載需求的情況下，三個代表性的電能擷取比例分別為；曲線2302是0.375* P₂/P₁，曲線2303是0.375* P₃/P₁，和曲線2304是0.375*P₄/P₁。因此，即使是在P₁=P₂的最佳情況，這種電力擷取器的電能擷取效率仍無法超過0.375；若在其它更不好的條件下，其電力擷取效率會是比0.375更低的數值。

綜合以上分析：(1)大多數的“大型光伏太陽 能發電站”使用的傳統電力擷取器(DC/AC逆變器)只能從太陽能板、或太陽能發電機所生產的電能中擷取小於37.5%的電力(此處為了方便敘述，假設為<40%)；(2)但按照本文描述的原理加入剩餘電力擷取器1230；它含有適當設計的器件1233和儲能器1235，就可以比傳統電力擷取器(DC/AC逆變器)擷取出超過2倍以上的電能。

在下一個小節我們檢視另一種典型的傳統電力擷取器；PWM電力擷取器。為簡化說明但不失去其一般性，我們再次假設初始能源可讓發電強度維持恆定(以及恆定發電機輸出電力)數秒鐘。然後由一個傳統的PWM電力擷取器擷取電力。假設太陽能板所生產的電力是一個恆定值(在直流電流I₁，直流電壓V₁下，直流功率P₁=V₁* I₁)。此案例詳細檢驗如下。

如圖3A顯示；曲線3101描繪如發電機的產生電流；它是一個恆定的直流電流I₁。在忽略內耗損失(輸入=輸出)，曲線3102、3103和3104是代表三種不同負載需求的情況下，PWM電力擷取器的三個典型擷取電流曲線。曲線3102描繪出電流大小I₂和負載因子(duty factor)δ₂，曲線3103描繪出電流大小I₃和負載因子δ₃，與曲線3104描繪出電流大小I₄和負載因子δ₄。依據電荷不滅定律：I₁>I₂，I₁>I₃和I₁>I₄。四個平均電流值分別是：I₁，δ₂*I₂，δ₃*I₃和δ₄*I₄。

如圖3B顯示；曲線3201描繪如發電機產生的電壓；它是一個恆定的直流電壓V1，在忽視內耗損失(輸入=輸出)，曲線3202、3203和3204是代表三個不同負載需求的情 況下，PWM電能擷取器的三個典型擷取電壓曲線；曲線3202描繪出電壓大小V₂和負載因子δ₂，曲線3203描繪出電壓大小V₃和負載因子δ₃，與曲線3204描繪出電壓大小V₄和負載因子δ₄。依據能量和電荷不滅定律：V₁> V₂，V₁> V₃和V₁> V₄。四個平均電壓值分別為：V₁，δ₂* V₂，δ₃* V₃和δ₄* V₄。

圖3C還顯示；曲線3301描繪如發電機產生的電力；它是恆定直流功率為P1=V1* I1，若忽視內耗損失(輸入=輸出)，曲線3302、3303和3304是代表三個不同負載需求的情況下，PWM電力擷取器的三個典型擷取功率曲線；曲線3302描繪出功率大小P₂=V₂* I₂*pf，和負載因子δ₂，其中pf是負載的功率因子。曲線3303描繪出功率大小P₃=V₃*I₃*pf和負載因子δ₃，曲線3304描繪出功率大小P₄=V₄*I₄*pf和負載因子δ₄。依據能量不滅定律：P₁>P₂，P₁> P₃，和P₁> P₄。此四個平均功率值分別是：P₁,δ₂*P₂*pf,δ₃*P₃*pf，和δ₄*P₄*pf。

藉由PWM電力擷取器，從發電機中擷取電力的比例是：電力擷取器的平均輸出電力除以平均生產電力所得的商數。曲線3302、3303和3304是代表這三個典型擷取電能比例曲線；曲線3302描繪出δ₂* pf* P₂/P₁，曲線3303描繪出δ₃* pf* P₃/P₁和曲線3304描繪出δ₄* pf* P₄/P₁。因此即使是在P₁=P₂和δ₂=0.8(一般的負載因子介於0.3~0.8)，並假設pf=0.75的良好條件下；PWM電力擷取器的電能擷取效率是不會大於0.6。當在P₁> P₂的情況下，甚至會使電能擷取效率小於0.6；若負載因子也低於一般值時(在低電力生產或低 負載需求的情況下)，則電能擷取效率也將更小。

如前幾節的分析結論：(1)PWM器件(大多數的“太陽能路燈”所使用的傳統電力擷取器)，只能擷取60%以下的由太陽能板所產生的太陽電能；(2)依本文描述的原理，加上由電能擷取器1233和儲能器1235所組成一個良好設計的剩餘電能擷取器1230，至少可將傳統PWM電能擷取器的擷取電能增加到1.5倍以上。本段已清楚地顯示，當使用傳統電能擷取器時，為何會發生無效率和無效益的根本原因。

第四段：倡議的完美電能擷取機制。本專利倡議可使用三種方式來設計器件1233，用來擷取大部分發電機產生的剩餘電能，這些剩餘電能是已經通過傳統擷取器1210擷取電力後所剩餘的電能。所倡議的三種方式可定義為；主動式，被動式，以及兩者的組合。本文中器件1230命名為“剩餘電力管理器”，器件1233則命名為“剩餘電力核心管理器”。例如，以器件1210是一個“純正弦波的DC/AC逆變器”為例，建議依據本文所描述的原理加入另一個90度相差的逆變器1233A，此模組1233A具有對所述第一個逆變器1210鎖相的功能，在本文中模組1233A命名為“主動式剩餘電力擷取器”。

圖8A顯示一個電路，在它的下半為剩餘電力擷取器1201S；與它的上半方電力擷取器電路1201是幾乎相同的。器件1201如同本文在第一段中所述，用在擷取與調整生產的電能。注意在圖8A中所述的剩餘電力擷取器1201S，沒有負載因子調整器DFA。它的開關Qs匣門是通過一個異相鎖相器 (正反器)，連接到電力擷取器1201的DFA。即，當Q打開時，Qs關閉；并且，當Q關閉時，Qs打開。在此後本文中沒有DC/DC轉換器的DC/AC逆變器被稱為「單純的DC/AC逆變器」。

請注意器件1201的DFA由連結在綠能系統上的電網同步管理器去調控。所以電力擷取器的電力輸出有以下屬性：交流峰值電力是p0，電力形式是純餘弦的cos²(ωt)函數，交流頻率是電網頻率(50赫茲)，就如同在圖7C和在圖8C所描述，以同相位電力輸出連接到電網。並且，注意在圖8A描述的剩餘電力擷取器1201S的輸出，則依照同一峰值電力p0和同一個交流頻率(50赫茲)。然而，它的電力形式卻是一純正弦的sin²(ωt)，不是cos²(ωt)(描述在圖8D)。相應地，剩餘電力擷取器1201S的功率形式相對應于電網有90度相位差。

這是在此原理敘述中所提到的剩餘電力擷取器(即器件1201S)，能產生一個與電力提取器(即，如器件1201)相同頻率和峰值功率的電力輸出，但是對應電力擷取器的相位差則落於90度的相位差。也注意從這二個DC/DC電力擷取器得到的功率輸出總和值，能產生非常接近輸入的直流電力功率值。換句話說，二個電力擷取器中的任一個能對應另一個電力擷取器未擷取的電力，擷取互補的電力。或用不同的說法，電力擷取器擷取的電力，可以是近似地相等輸入功率值減去了另一個電力擷取器擷取的電力值。

如表6所揭示，當器件1201的輸出連接到一座純DC/AC逆變器，此「純DC/AC逆變器」可接收這個充分調整好的輸出電力；并且執行被設計的「電力調節」功能，來達到 所有交流電網要求，產生與電網相同頻率的電力輸出。就用那些在過去一般的電力轉換輸送所使用的技術，我們可設計出每一個需要的電力環節，把剩餘電力擷取器輸送脈波直流電力串接充電充入直流儲能器。擷取的電能就能如圖1B中所揭示的，給儲能器1233B或1235充電。

例如，在器件1210的案例中是一個「純正弦DC/AC逆變器」，此中被描述的原則提議增加另外一個逆變器1233A，以它的鎖相功能對應第一個逆變器1210進行90度的相位差鎖定。此模塊1233A被命名為「主動的剩餘電力擷取器」。

再詳細的說，圖4顯示此概念的示意圖；曲線4101顯示了發電機所產生的直流功率P₁。曲線4102表示傳統電力擷取器；逆變器1210，的電力擷取曲線為P₂*COS(ωt)*COS(ωt)。曲線4120表示被鎖定90度相差的另一個逆變器1233A的電力擷取曲線為P₂* SIN(ωt)* SIN(ωt)。請注意COS(ωt)* COS(ωt)+SIN(ωt)* SIN(ωt)是恆等於”1”。因此如圖4中顯示，通過這兩個器件1210和1233A所擷取的電能總和正好等於P₂。

當P₂=P₁，組合這兩個器件的總電能擷取效率是完美的100%。當P₂<P₁，仍有一些固定數量的剩餘電力(P₁-P₂)遺留在合併的電能擷取過程中。這些固定的剩餘電能，可批配一個電容性/法拉第器件1233B，就可以很有效且輕易的將電能擷取出來。理論上可以達到完美的擷取效果。本文中1233B命名為“被動式剩餘電力擷取器”。此電容性/法拉第 器件1233B可以是儲能器1235的一部分；但在圖1B是把它當做一個獨立的實體來強調其獨特的功能。從理論上，藉由器件1233和1210組合起來的電能擷取功能，可以擷取所有發電機生產的電能。

當器件1210是一個PWM電力擷取器時，本發明建議加入另一個不同相位的PWM電力擷取器件1233A，1233A能對第一個電力能擷取器件1210進行追蹤鎖相。圖5示意地描繪了這一概念。曲線5101描繪了發電機所產生的直流功率P₁。曲線5102描繪了經過PWM1210的電力擷取曲線，功率大小P₂和負載因子δ₂。曲線5120描繪了經過另一個與第一個電力擷取器件1210不同相位的PWM 1233A的電力擷取曲線，功率大小P₂，負載因子為(1-δ₂)。兩者加總起來的擷取電力，如圖5中顯示，剛好等於P₂。

當P₂=P₁，這兩個器件組合起來的總電能擷取效率剛好100%。當P₂<P₁，有固定的P₁-P₂電能，當批配一個電容性/法拉第器件1233B後，可達到一個完美的電能擷取。此電容性/法拉第器件可以做為儲能器1235的一部分；然而，圖1B只是顯示當它為一個獨立的實體，來強調其獨特的擷取功能。理論上，將擷取電能器件1233和1210組合在一起，可以擷取所有產生的電能。

要注意的是，不同的電能生產和負載需求會產生不同的剩餘電力(即(P₁-P₂))，這些剩餘電力都可以由被動式剩餘電力擷取器1233B完全擷取。幸運的是在實際運作情況下，電力系統不需要精確匹配的電容性/法拉第器件1233B來被 動的擷取最大量的剩餘電力。通過基本的電路設計技術，可以設計好的電容性/法拉第器件來被動地擷取大部分的剩餘電力。然而，發電機的工作電壓將被動地從MPPT電壓轉移到可以擷取最大電力的新電壓值(總和擷取器件1210，1233A，及1233B所擷取的所有電力)。在電力系統運作時，這個新電壓值基本上是在MPPT電壓的附近。換句話說，在結合本文所描述原理的之生產/擷取功能子系統，仍然能夠在MPPT電壓附近運作下，同時達到最大擷取電能總和；以及幾乎能生產最大電力。

在另一實施案例，本文中描述的原理提議首先以直流形式將所發的電力擷取，並且儲存。用現有的電力技術就可以設計一個器件，將PV所發的所有電能首先存放，送入一個足够大能量的儲能器，包括大電容器和電池。電力在儲能器中，可被DC/AC逆變器擷取，并且產生與電網一致的交流輸出電力。儲能器是同時由發電機充電和同時被電力擷取器抽取交流電力。儲能器的直流輸入電力減去DC/AC逆變器形成的交流電力，從時間來看，這兩者的差形成一個「虛擬」的DC脈動電力串列。這個「虛擬」直流脈動電力串列功率形式是與DC/AC逆變器所擷取的DC脈動電力串是相同頻率，但與外在電網成90度相位差。因此，這個大容量儲能器是可以被視作為使用在本文原理中所述的一個被動剩餘電力擷取器。

請注意，電力擷取器的一個單元可以是包括數個電力擷取器所組合。這些電力擷取器可能在不同的相位上從儲能器擷取電力。這些擷取器其中一個，可以被視作為電力擷 取器的總和；而所有其他的電力擷取器加上大容量儲能器的總和，則可以被視做作為一种剩餘電力擷取器。這在本文中被描述的原理，可視作一個主動/被動組合的剩餘電力拮取器。

第五段：對傳統的電能輸送管理的調研。本節在審視傳統電能輸送(供應)管理方式。當電力從發電機擷取後，電力系統調配/調整輸送的電能；然後輸送電力給負載1300使用。這個過程在本文中命名為“電能供應”；或是更精確的命名此過程為“電能輸送”。

電能輸送(供應)管理的第一個重要議題是：防止電力系統的電力需求超載。第二個是防止電力系統由於負載脫鉤而損害電力系統。換句話說，瞬間的負載功率需求不應超過電力系統原始設計的最大輸送電力能力(在下一段中會定義)；否則負載可能會脫鉤。同時，電能輸送管理需要在負載突然脫鉤的任一時間點，都能夠立即反應處理，防止設備損壞，特別是對系統內電子模組的傷害。

通過下述之步驟進行實驗量測，可以量到傳統電站瞬間的最大供電能力：步驟(a)量測瞬間的最大發電功率P₁*；(b)量測瞬間的最大擷取電力P₂*；當功電力P₁*通過器件1210，可量到其輸出功電力P₂*；而P2*<P₁*；(c)量測瞬間最大輸送電力P₃*；也就是藉由電力P₂*通過器件1220，可量到其輸出電力P₃*，而且P₃*<P₂*<P₁*。P₃*定義為電站的瞬間輸送電力。它也是負載在此瞬間的最大可使用電力。當P₁*達到電力供應設計的最大值時，與之相應的P₃*則命名為此電力系統的“設計最大輸送電力”。另外要注意的是P₁*、P₂*和P₃* 在綠能電力系統中的大小(如太陽能電站)是會隨時間而變動；而且當使用傳統電力擷取器時；P₂*<< P₁*。

得到器件1220的輸出電力P₃*測量值，就可以得到電站的瞬間供應電力。然而，由於器件1220的輸出電力與負載需求息息相關，所以這個瞬間電力輸送效率仍不能就此確定。例如，當負載1300需求電力P₃，而P₃ < P₃*；器件1220可輸送電力P₃給負載。在這種情況下，瞬間電力輸送效率是負載需求P₃除以P₂*的商數。然而，當負載需求P₃比瞬間輸送電力P₃*大時，器件1220可以拒絕負載的電力需求；而與負載脫勾，瞬間電力輸送效率則變為零。

注意，此不匹配的電力(P₃*-P₃)不會輸送給負載使用；這些不匹配電力在系統中就會轉換成熱，而會引起問題。當負載脫勾時，P₃=0，在這種情況下，巨大的熱能P₃*會立刻丟到系統的電路上，此大量的熱會加熱在系統、發電機、電力擷取器，或電力管理模組內的組件/元件。因為初始能源輸入會隨時間有大的變動；例如：在零與一個相當大的最大值之間變動；所以一個綠能電力系統的瞬間供應電力；P₃*，也會隨著在零與一個相當大的最大值之間變動。因此，此恆定的大負載需求；P₃，會經常大於P₃*；而造成負載脫鉤，使瞬間電能輸送效率(也是電能使用效率)變成零。任何綠能電力系統若是設計用在拖動一個大而恆定的負載需求(如太陽能抽水站)，就一定，而且經常的會面臨這樣的困擾。

舉例來說，太陽光為太陽能抽水站的初始能源；此太陽能抽水站被設計為當在抽水時去拖動大的負載需求。在 一個陽光明媚的晴朗天氣，太陽光子輸送到太陽能板的光通量在黎明時為零。光通量的定義為每單位時間內輸送到被侷限面積的太陽能板上的光子總能量。晨曦時陽光從水平面照過來；並不通過安裝在水平面上的太陽能板。因此，光通量在黎明為零，然後光通量會一直的增加，直到正午(光照會垂直正射通過太陽能板表面)達到的最大的生產電功率。之後，到下午的光通量，再次隨太陽光日落而一直下降，在日落黃昏時光照再度回到水平面，光通量又回到零。但是，這樣典型的一天中，有時候可能會有厚厚的雲層投射一個暗影在太陽能板上一段時間，當陰影太暗，使電力系統無法提供適量的電力來支持水泵運行，水泵會從負載脫鉤。雖然此時的發電功率不一定大到可以驅動大功率的水泵，但卻可以足夠去傷害到內部的電子、機械…等器件。而本文所描述的原理也剛好可以解決這個問題。

另一方面，供應電力，P₃*也可能比負載需求P₃更大；此多餘電力(P₃*-P₃)不會輸送給負載。若沒有儲能器，這多餘電力就全浪費了。這些浪費的電能應該算作器件1200的另一個無效益的運作。但是為了減少電站的資本支出，一般大型商業太陽能電站的設計並沒有儲能器。因此，上述分析的結論是代表實際上經常發生的真實問題。

為了評估器件1220的電力輸送效率；讓我們用一個可以代表一般典型與實際情況的案例來做實境分析研討。假設有一個120米揚程的太陽能抽水站，分成四個逐段接力抽水區段，每區段30米揚程。4個泵具有相同的運作功率P_r和相 同的啟動功率P_s。通常P_S>3P_r，有些泵甚至需要P_S>7P_r。

首先，讓我們檢驗傳統太陽能抽水站案例。此太陽能抽水站將以遇到“一個特別好的晴天內的12個時段”進行分析。此抽水站在這12個時段的運作情境分別描述如下：

(1)：太陽能板(後方皆視作為太陽能電站)在黎明前，因為沒有太陽能輸入，不產生任何電力；P(t₁)=0；沒有電力產生，沒有電能擷取，沒有功率輸出，以及沒有電能使用。太陽能抽水站的電能使用是0。

(2)：從黎明(6點)至早上7時；太陽能電站產生的電力為P₁*，擷取電力為P₂*，提供電力P(t₂)<P_r，因此，擷取電力不夠大到可保持水泵運行；P_r=V_r *I_r，其中V_r是額定電壓與I_r是維持泵工作所需的電流。由於DC/AC逆變器被使用來擷取所產生的電力，P₂*<0.4P₁*，提供電力P(t₂)=P₂*(忽略器件1220的內耗功率)，以及P₂*<P_r。此電站產生的電力P₁*<2.5P_r，擷取電力P₂*<P_r，以及所提供電力小於抽水功率需求。因此，擷取電力不足以啟動作為負載的水泵去消耗所生產的太陽電能；使得電能使用又是零。

(3)：從上午7時至上午8點，太陽能電站的太陽能發電量增加；產生約2.5*1.3P_r的電力，擷取電力~1.3Pr，提供電力可達到P(t₃)~1.3 P_r；足以維持一個水泵運行；但沒有大到足以啟動泵(啟動功率P_S，P_S=V_R * I_S)。須注意的是，通常在泵的額定電壓下啟動水泵時，電流需要大於I_r的3倍(I_s>3I_r)，電能使用又是零。

(4)：時段從上午8點到上午10點，太陽能電站 的太陽能發電量增加；產生電力約2.5*2.9P_r，擷取電力~2.9P_r，提供電力達到P(t₄)~2.9P_r；足以維持一個水泵運行；但仍然沒有大到足以啟動泵。此電站無法啟動作為負載的水泵去消耗所生產的太陽電能，電能使用仍是零。

(5)：時段從上午10點至12點，電站的太陽能發電量增加；產生電力約2.5*3.7P_r，擷取電力~3.7P_r，提供電力達到P(t₅)~3.7P_r；足以啟動一個泵。此電站只能啟動一個泵，並且維持水泵負載去消耗所生產的電能。在這個時段電能使用僅為2*P_r。

(6)：中午時突然一片烏雲覆蓋住天空的一部分，烏雲投射陰影到太陽能板上約30分鐘；簡稱為“投射陰影”。提供電力P(t₆)掉到P_r以下；系統被迫與負載脫鉤，造成在此期間電力又沒有消耗。電能使用又變為零。

(7)：從下午12：30至14：00，陰影逐漸減小其暗度，產生太陽能電力為2.5*2.9P_r；擷取電力2.9P_r，提供電力達到P(t₇)~2.9P_r；足以維持一個泵的運行；但不能啟動水泵。該電站仍不能啟動水泵負載去消耗所生產的太陽電能，電能使用還是零。

(8)：從下午2點到下午4點，太陽光足夠好可產生太陽能電力2.5 *3.3P_r；擷取電力3.3P_r，提供電力可達P(t₈)~3.3P_r；已足以啟動一個泵(P_S>3P_r)。讓一台水泵啟動與運作去消耗所生產的太陽電能。電使用僅為2*P_r。

(9)：時段是下午4點到下午5點以後，電站的太陽能發電量減小；擷取電力2.3P_r，提供電力達到P(t₉)~ 2.3P_r，仍然足以維持泵的運行。該電站仍不能啟動水泵負載去消耗所生產的太陽電能，使用電能僅為1*P_r。

(10)：時段是下午5：00至下午5：30，太陽能電站發電量減少；擷取電力1.1P_r，提供電力達P(t₁₀)~1.1P_r；仍足以保持泵運行。該電站仍維持水泵負載運作去使用所產生的太陽電能。使用電能為0.5*P_r。

(11)：時段是在下午5：30到下午6點，太陽光通量疲軟，該電站的發電量上下波動，所提供電力P(t₁₁)在~1.1P_r或低於P_r，亦隨著波動。一旦它在P_r以下時，電站關閉水泵，並且在段期間已沒有足夠電力可重新啟動泵。電站無法啟動水泵去使用所產生的太陽電能。電能使用又是零。

(12)：時段是從下午6點到晚上7點(日落天暗)；雖然太陽能電站仍產生一些電力，提供電力為P(t₁₂)<P_r；但已不足以維持一個泵運行。該泵保持停止狀態；無電力消耗。日落之後，到下個黎明都將不會有太陽光；因此太陽能發電停止，泵也完全停止。電能使用又是零。

此傳統太陽能抽水站的總電能使用量是12個時段內的電能使用總和，一整天下來只有5.5*P_r(Whr)。總共可獲得並配送給負載消耗的電能，是在12個時段內所提供電力與供應時間乘積之總和；約28.3*P_r(Whr)。因此，傳統太陽能抽水站的電能配送效率為5.5/28.3；等於0.1943，大約是19.4%。因為電力擷取器是一個DC/AC逆變器；由本文第四段(Section Four)所推論其電能擷取率小於0.4(忽略輸送時由器件1210和器件1220本身消耗的電能)。因此，它的電能 使用效率和控制器效率均低於0.4*0.1943=0.0777，小於10%。

第六段：本專利的電能輸送管理技術。依據本文中所描述原理，在討論對太陽能抽水站中的模組1220電能輸送效率進行評估之前，讓我們在本段裏先進一步闡述有關新模組1233C和1233D的管理功能。為了提高電力輸送效率，本文描述的原理是把模組1233C和1233D加入到器件1230。模組1233C被設計可選擇性地調節從器件1210所擷取的電能。它可以調整配送出剛好的電力P₂送入器件1220作為輸入電力。如此一來，當負載需求小於電力供給能力時，器件1220配送的電力就能夠剛好地滿足負載需求。當負載需求大於電力供應能力時，模組1233C也被設計成可選擇性地調節去讓器件1210從發電機的瞬間最大生產電力P₁*中擷取最大電力P₂*；再讓調節模組1233D來調整從儲存器1235和1233B提供所需要的額外電力P₂**，如此當P₂*+P₂**的組合電力傳給器件1220，該器件1220就可以配送適量的電力，使這電力可以剛剛好的滿足負載需求。如此將使供應給器件1220的電力增加，得以處理當發電機1100瞬間所產生的最大生產電力供給系統的瞬間電力比電力需求小的時候。由於這些器件的功能特性，器件1220被命名為“電力配送管理器”；模組1233C被命名為“電力供給量管理器”和模組1233D被命名為“電力配送量調整管理器”。

本文下一段落的說明：對於結合本專利發明案例的太陽能抽水站，評估其中器件1220的電能輸送(供應)效率。如前小節所用的描述方式，我們將再次使用同一個案例，也就是一個120米揚程的太陽能抽水站，由四個逐段接力的抽水 區段組合；每個區段的水泵為30米揚程。4個水泵具有相同的操作功率P_r與相同的啟動功率P_s。就用前小節傳統的抽水站相同調研方式，來探討結合本專利發明的太陽能抽水站，在經歷同樣的日照時段及條件所展現出來的結果。

以下所作的假設可以簡化說明情況，又不失去其一般性；這些分析是忽略器件1210，1230，和1220本身的功耗；並取其電力擷取效率為100%。這使得供電能力在相同情況下可以比傳統逆變器所提供的電力增強成2.5倍。再次以相同的12個時段來重複描述電力使用的情景如下。

(1)：黎明之前，太陽能電站不生產任何電力(比如上午6點)，因為沒有陽光；P(t₁)=0。電能使用率本就為零。

(2)：從黎明(早上6點)至早上7點；太陽能電站發電的供電能力P(t₂)<2.5*P_r(W)，此電力足以維持水泵的運行，但沒有大到足以啟動水泵需要的功率P_r；P_r=V_r*P_r，其中V_r與I_r分別為是額定電壓，以及維持泵運作所需的額定電流。需要注意的是在水泵的額定電壓下啟動，通常需要大於I_r的3倍(I_s>3I_r)額定電流。因此，該電站無法連接上所述水泵負載，將所產生的太陽能電力提供給負載使用。然而，該模組1233C運用3個管理器件1210，1233A，及1233B將可用的電能~2P_r(Whr)儲存到儲能器內；這時段中電能使用為~2P_r(Whr)。

(3)：時段是從上午7點至上午8點，太陽能電站的供電能力可達到P(t3)~2.5 *1.3 Pr=3.25Pr(W)， 足以啟動一個水泵；然後使用所儲存的電能啟動另外2台水泵，達到3台水泵同時運行。請注意，雖然用於泵的起始功率大，但只需要幾秒鐘就可啟動，然後就可以讓它們在正常的額定功率運行。在啟動泵的很短時間內所需的額外電能消耗相較於長時間運行的電能消耗是很小的。因此，不需要從儲能器提出很大的電能來啟動另外兩個泵。水泵使用電能3P_r，；而遺留的存儲電能為0.25P_r。總使用電能為3.25Pr；所累計儲能~2.25Pr。

(4)：時段是從上午8點到上午10點，太陽能電站發電量增加，供電能力可達P(t₄)~2.5*2.9P_r=7.25P_r(W)。此電力足以維持3個水泵的運行，並能再啟動最後一個泵，進行四個接力水泵的抽水系統，一起抽水以達到120米的揚程。這段期間，該電站可同時運作4台水泵負載去消耗所生產的太陽電能4P_r，並儲存可用電能3.25P_r。水泵使用電能為2*4P_r=8P_r(Whr)和遺留的存儲電能為2*3.25P_r=6.5P_r(Whr)。總使用電能為14.5P_r(Whr)；累積存儲到儲能器件1235和1233B的電能是8.75Pr(Whr)。

(5)：時段是從上午10點至12點，太陽能電站發電增加，供電能力可達P(t₅)~2.5*3.7P_r=9.25P_r(W)，此功率足以繼續維持4泵運行，且在兩小時內將遺留電能5.25P_r存入儲能器。水泵使用電能為2*4P_r=8P_r和使用的儲存電能為2*5.25P_r=10.5P_r。總使用電能為18.5Pr；而且將累積電能19.25P存入儲能器1235和1233B。

(6)：在中午時，突然發生天空的一片烏雲陰 影覆蓋電站上的一部分太陽能板，讓陰影覆蓋在太陽能板上~30分鐘；簡稱為“陰影投射”。太陽能電站供電能力P(t₆)下降到2.5P_r以下。這裡的分析不計入太陽能板此時所生產的電力；命令系統從儲能器中提出所累積存入的電能來提供水泵所用的電能(以功率4P_r運作0.5小時)，以維持水泵繼續運作；也就是忽略了這30分鐘內太陽能產生的電力，並命令儲能器提供4台水泵在這期間的全部能耗。水泵使用電能是0.5 * 4P_r=2P_r，從儲能器提出的電能也是2Pr以平衡電能供需。總使用電能是2Pr；累積儲存的電能也減少2Pr，降到17.25Pr。

(7)：時段是從下午12：30至14：00，陰影逐漸減小其陰暗程度，太陽能電站發電的供電容量上升到P(t₇)~2.5*2.9P_r=7.25P_r，足以維持4個水泵運行；和在1.5小時內將遺留電能3.25P_r存入儲能器。該電站連接4台水泵作為其負載去使用所生產的太陽能電力；泵的使用電能為1.5*4P_r=6P_r。使用的儲能為1.5*3.25P_r=4.875Pr。總使用電能為10.875Pr；累積存儲在儲能器的電能增加至22.125Pr。

(8)：時段是從下午2點到下午4點，陽光好到可使太陽能發電讓供電能力可達P(t8)~2.5*3.3Pr=8.25Pr，這些電力足以維持4個水泵一起運行，並在2小時內存儲電力4.25P_r到儲能器中。水泵的使用電能為2*4*P_r=8P_r；和使用的儲能為8.5P_r。總使用電能16.5P_r，累積儲存的電能達到30.6255P_r。

(9)：時段是下午4點到下午5點以後，太陽能電站的發電量下降，供電能力為P(t9)~2.5 *2.3 Pr=5.75Pr； 仍夠維持4個水泵運行；該電站仍連接水泵(負載)和儲能器去來消耗和儲存生產的太陽能電力。水泵的使用電能僅為4P_r，儲能器內被使用掉的電能為1.75P_r。總使用電能為5.75P_r，累積儲存的電能達到32.375Pr。

(10)：時段下午5點以後到下午5：30期間，太陽能電站的發電量降低，供電能力為P(t₁₀)~2.5*1.1P_r=2.75P_r，不足以維持4運行泵；但器件1233C和1233D調動儲能器內的能量提供水泵30分鐘運作的需求功率1.25P_r，以保持4泵在此期間運行。泵的使用電能為0.5*4P_r=2P_r和儲能器提供0.5*1.25P_r=0.625P_r電能輸出以遵守能量不滅定律。總計水泵的使用電能為2.75Pr；而累積的儲存電能則降低到31.75Pr。

(11)：時段在下午5：30到下午6點，陽光暗淡，太陽能電站的發電量上下波動，供電能力P(t11)也忽高忽低；介於~2.5*1.1P_r或低於P_r。此分析則忽略在這期間的太陽能發電，從儲能器調出所有需要的電能去維持4泵運行30分鐘。水泵所使用電能為0.5*4P_r=2P_r。泵的總使用電能為2P_r；累積的儲存電能也減少2P_r，降到29.75Pr。

(12)：時段從下午6點到晚上7點(日落)；雖然太陽能電站仍產生一些電力，使供應能力為P(t12)<2.5Pr。此分析則忽略此時段生產的電力，此刻在儲能器內的電能仍可保持4個泵運行7小時以上；從下午6點開始到沒有陽光的晚上，然後，水泵停止。等待下一個日出來提供初始能源給太陽能電站。此4台水泵完全耗盡了今日在儲能器內所儲存的電 能，其使用電能為29.75Pr。

太陽能抽水站運用了本文中所描述的原理，在上述的12個時段內全天使用電能總和約72.75*P_r。而全部可配送之可用電能相當於12個時段的供電能力總和；約75*P_r。因此，結合本專利發明的太陽能抽水站的電能配送效率為72.75P_r除以75P_r的商值，等於0.97，也就是約97%。加上近乎完美的電力擷取，使這個電力系統的電能使用效率為~97%，這與先前所分析的未加入本文描述原理的太陽能抽水站使用效率低於10%的情況要好得太多。比對水泵在當天抽水的總量，結合本文中描述原理的太陽能抽水站抽水量是大於13(=72.75/5.5)倍於傳統太陽能抽水站的抽水量。兩者效益可說是天差地別。

第七段：結論。本文描述的原理用來取代傳統的“盲目的遵循MPPT運作方式”，我們可以將電力生產、電力擷取、和電力配送及電力需求區隔開來。一方面，在一個新的最大電力擷取電壓下，讓發電機結合主動/被動擷取器件1210，1233A，1233B，以及儲能器1235一起運作，來優化電力生產與擷取。在實際運用時，這個新的電壓非常接近MPPP電壓。而且，這些新的器件可以主動/被動地擷取未被傳統電力擷取器件1210取走的剩餘電能；使擷取電力可以接近發電機的最大生產電力，而達到在第四段(Section Four)所描述的，幾乎100%的電能擷取效率。

另一方面，電能配送到需求端(負載)的電能優化是藉由加入新器件1233C和1233D，去主動/被動的結合從發電機擷取和從儲能器提供的瞬間電力，使電能調整/輸送器件可 以如同在第六段(Section Six)中所描述那樣，在規範的電力規格之下提供適量的電能，使能恰好不多不少地滿足當下的負載電力需求。

這樣做，在此描述的原理可引導出一種運作機制：電力系統可一直操作在最大電能使用點(MEUP)，榨取出最大的電能效益；特別是綠能電力系統。當這些子系統都被恰當的匹配去優化每個步驟的效率時，這個系統電能使用效率的測量值通常都可提高到95%以上。

總結來說：首先，本文所描述的電力系統加入一個剩餘電力管理器1230；具體地說，模組1233A和1233B一起與儲能器件1235協同工作，以主動和被動方式擷取尚未被傳統電力擷取器件1210擷取的剩餘電力。通過這樣的做法，擷取電力比例可以提高2倍以上；幾乎完全擷取從發電機1100所產生的所有電力。

第二，依本專利發明描述原理所添加的電能供應量調節管理器模組1233C和1233D配合儲能器件1233B和1235一起協同工作；如此可使得電力生產/電力擷取過程和電力輸送/電力消耗過程區隔開來。因此，這兩個過程就可以被個別優化。

第三，模組1233C用來調節模組1233D去主動地和被動地擷取與調整從儲能器1235和1233B中得到適量的額外“需求”電能。這個額外”需求”電能是結合了器件1210從模組1100所擷取的瞬間電力，一起轉變成一個適量電能。

第四，當該適量的電能被輸送到器件1220(模組 1223和1225)時，電力將被調節，使能配送恰好不多不少的電力給負載，以滿足瞬間負載需求。該模組1223被命名為“電力調整管理器”；模組1225則命名為“電力配送管理器”。

進行優化的程序是：(A)運用基本的電氣慣用技術；我們可以設計出主動式剩餘電力擷取器1233A和被動式剩餘電力擷取器1233B，以及電容性/法拉第器件，使得發電機1100可以在MPPT電壓附近下運作，產生接近最大的轉換功率，如本文第四段描述，亦可得到最大擷取總電力。(B)生產的電力幾乎完美地由傳統的和所發明的電力擷取器件1210，1233A，及1233B以主動或被動方式所擷取。(C)本專利發明的器件1233C可調節器件1233D，使能主動地或被動地擷取與調整儲能器1235和1233B的電能，得到適量的額外“需求”電能。這個額外電能將結合與調配由器件1210直接擷取模組1100的瞬間電力，一起轉變成適量的供應電力。(D)將合併的“適量供應電力”提供給器件1220作為其輸入電力。該輸入電力通過器件1220中的模組，以及模組1223來調配；如此當電力通過模組1225，就會轉變成器件1220的輸出。(E)接下來，器件1220的輸出功率，配送到負載1300，並幾乎恰好，不多不少地滿足負載瞬間需求。因此，本文所描述的原理在理論上可以極大化電能使用，使達到幾乎100%。

換句話說，運用本文所描述的原理可以在MPPT電壓附近操作，產生接近最大的電力。在結合本專利發明的剩餘電力擷取模組，去擷取出最大量的生產電力；將剩餘電力暫時儲存到所設計的儲能器；然後再加上本專利所發明的器件與 模組來調節與結合來自擷取器與儲能器的電能，成為適量輸入電力，然後被調整與配送到負載，恰好滿足瞬間負載需求。

因此，本發明可以從電能系統中取得最大的電能效益；尤其是應用在初始能源強度會隨時間變化的電力系統，如以陽光，風，潮汐，和波浪為初始能源的電力系統。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (16)

1. 一個電力系統，包含著：將初始能源直接轉換成直流電力的一發電機；一個儲能器；一個運作在一種電性頻率下的一電力擷取器；去從該發電機和該儲能器中擷取DC電力；並將DC電力轉換為AC電力；一個運作在與該電力擷取器相同電性頻率但是相位差幾乎為90度的一剩餘電力擷取器，去擷取從該發電機生產，卻未被該電力擷取器擷取到的一部份電力，並暫時將電力儲存到該儲能器中。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電力系統，其電性頻率會隨時間變動。
3. 如申請專利範圍第1項所述的電力系統，當電力擷取器所擷取的電力超過了一負載所需要電力，該剩餘電力擷取器至少可以抽取部分的過量電力，並暫時地存儲到該儲能器中。
4. 如申請專利範圍第1項所述的電力系統，更包括：一個電力配送器件可調整和配送從該儲能器到一負載的電力。
5. 如申請專利範圍第4項所述的電力系統，當 該電力擷取器所擷取的電力不足以滿足該負載需求時，該電力配送器件可以從該儲能器輸送所不足的電能，配送給該負載，去滿足那瞬間的負載電力需求。
6. 如申請專利範圍第5項所述的電力系統，其電力配送器件可調整從該儲能器擷取的電能大小，來滿足瞬間變動的負載需求；使其至少能供應大致與該負載需求匹配的電力。
7. 如申請專利範圍第5項所述的電力系統，其電力擷取器進一步被設計為與該電力配送器件和剩餘電力擷取器合併的器件，此組合的電力擷取/配送器件會執行電力擷取和電力配送功能。
8. 如申請專利範圍第1項所述的電力系統，其初始能源的能量強度可隨時變動，以至於其發電機生產的電力也隨之變動。
9. 如申請專利範圍第1項所述的電力系統，其剩餘電力擷取器擷取一部分剩餘電力，以增加提供給電網的電力。
10. 如申請專利範圍第1項所述的電力系統，其剩餘電力擷取器還可以包括一個結合一主動式剩餘電力擷取器或/和一被動式剩餘電力擷取器的剩餘電力管理器，其中該主動式剩餘電力擷取器或該被動式剩餘電力擷取器與電力擷 取器運作在相同的電性頻率去擷取剩餘電力。這個剩餘電力可以是來自初始能源所產生的而電力擷取器未能抽取的電力；或是/以及來自電力擷取器因擷取超過負載需求所剩餘電力。
11. 如申請專利範圍第10項所述的電力系統，該主動式剩餘電力擷取器是一個主動式器件；與電力擷取器運作在相同的電性頻率；並與電力擷取器鎖相在接近90度相位差，如此使得該主動式剩餘電力擷取器所擷取到的剩餘電力可達到與已擷取電力成互補之電量。
12. 如申請專利範圍第10項所述的電力系統，該主動式剩餘電力擷取器是一個由複數個主動式器件所組合的主動式模組；與電力擷取器運作在相同的電性頻率，複數個主動式器件共同所擷取到的剩餘電力可達到與已擷取電力成互補之電量。
13. 如申請專利範圍第10項所述的電力系統，該被動式剩餘電力擷取器是一個被動器件，與電力擷取器有接近90度相位差，使得該被動式剩餘電力擷取器所擷取到的剩餘電力可達到與已擷取電力成互補之電量。
14. 如申請專利範圍第10項所述的電力系統，該被動式剩餘電力擷取器是一個具有足夠大電容量的電容性/法拉第器件，可使該被動式剩餘電力擷取器與電力擷取器有接近90度相位差，使得該被動式剩餘電力擷取器所擷取到的 剩餘電力量可達到與已擷取電力成互補之電量。
15. 如申請專利範圍第10項所述的電力系統，該剩餘電力擷取器是由該主動式剩餘電力擷取器和該被動式剩餘電力擷取器所組合的模組，使得所擷取到的剩餘電力量可達與已擷取電力成互補之電量。
16. 如申請專利範圍第1項所述的電力系統，其電力擷取器和剩餘電力擷取器被合併成一個聯合電力擷取器，去執行電力擷取功能，其儲能器進一步被設計為與電力擷取器結合，成為一個合併的電力擷取儲能模組，去執行電力擷取和電力存儲功能。