TWI667872B - 發電效率提升器 - Google Patents

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一種發電效率提升器，用以解決習知功率優化技術用於發電陣列的整體功率損失問題。係包含：一轉換模組，具有四個切換開關及一儲能電感，各該切換開關電性連接該儲能電感，形成全橋式電路，該轉換模組具有一輸入端及一輸出端；一偵測模組，該偵測模組分別電性連接該轉換模組之該輸入端及該輸出端；一控制模組，具有一接收單元及一處理單元，該接收單元分別電性連接該偵測模組及該處理單元；及一驅動電路，分別電性連接該處理單元及該四個切換開關。

Description

發電效率提升器
本發明係關於一種發電效率提升器，尤其是一種通過儲能方式轉換功率，以減少能量散失的發電效率提升器。
太陽能電池板的能量轉換效率，與照在電池板上的日照量有關，當日照情形變化、電池板髒汙、單一電池板老化故障等不可預見之因素發生時，太陽能電池板的發電功率發生起伏變化；另外，風力發電的能量轉換效率，與環境風力及風向有關，當風力或迎風面改變，機械零件老化等不可預見之因素發生時，風力發電功率發生起伏變化。又，太陽能或風力發電站通常將數個發電元件(太陽能電池板或風力發電機)以串聯及並聯方式結合，以形成發電陣列提供足夠的發電功率需求，惟，當各該發電元件的發電功率高低不同時，串並聯後的總輸出功率小於單一發電元件的發電功率之總和，即電能在傳輸過程中損失，影響整體發電站的實際發電量，甚至導致發電元件損壞或降低使用壽命。
習知的功率控制系統，係通過數個可變電阻串聯或並聯各該發電元件，係可以小幅調變輸出的電壓及電流，再藉由量測功率找出最大功率點，惟，各該可變電阻係將電能轉換為熱能，以平衡各該發電元件的發電功率，導致額外的能量散失，使能量轉換效率降低，且產生的熱能導致溫度上 升，而影響發電元件的工作效能，甚至造成系統損壞。另外，習知的功率控制系統必須依據不同形式的發電元件調整配置，而造成整合使用的不便。
有鑑於此，習知的功率控制系統確實仍有加以改善之必要。
為解決上述問題，本發明的目的是提供一種發電效率提升器，係通過儲能方式轉換，以減少能量散失者。
本發明的次一目的是提供一種發電效率提升器，整合監控及升降壓功能，可以用於各式功率變化的能量源。
本發明的發電效率提升器，包含：一轉換模組，具有四個切換開關及一儲能電感，各該切換開關電性連接該儲能電感，形成全橋式電路，該轉換模組具有一輸入端及一輸出端，該輸入端電性連接一發電元件，該輸出端電性連接一負載，數個發電元件通過數個該轉換模組電性連接該負載；一偵測模組，該偵測模組分別電性連接該轉換模組之該輸入端及該輸出端；一控制模組，具有一接收單元及一處理單元，該接收單元分別電性連接該偵測模組及該處理單元；及一驅動電路，分別電性連接該處理單元及該四個切換開關。
據此，本發明的發電效率提升器，係藉由儲能元件及開關元件形成升壓轉換器及降壓轉換器，並通過控制模組之判斷分析及控制輸入輸出之電壓電流，以達到功率最大化之功效，如此，不需通過電阻平衡能量，係可以減少能量浪費及避免元件受熱能影響，又，本發明的發電效率提升器整合監控及轉換功能，係可以適用各式功率會發生變化的發電元件。
其中，該轉換模組具有一輸入電容並聯於該輸入端，及一輸出電容並聯於該輸出端。如此，該輸入電容及該輸出電容可以作為濾波器，係 具有降低電壓漣波的功效。
其中，該偵測模組具有一輸入電壓感測器並聯該輸入端，一輸入電流感測器串聯該輸入端，一輸出電壓感測器並聯該輸出端，及一輸出電流感測器串聯該輸出端。如此，係可以測量發電之電壓電流，及轉換後之電壓電流，係具有偵測轉換效率的功效。
其中，該接收單元分別電性連接該輸入電壓感測器、該輸入電流感測器、該輸出電壓感測器及該輸出電流感測器。如此，係具有接收偵測數據供後續分析的功效。
其中，該接收單元是類比數位轉換器。如此，可以將連續訊號轉為離散訊號，係具有定時、定區間接收偵測數據的功效。
其中，該處理單元包含最大功率點追蹤技術。如此，係可以監控輸出功率並維持最大輸出功率，係具有提升能量轉換效率的功效。
其中，該控制模組具有一通訊單元，該通訊單元電性連接該處理單元，該通訊單元是通用非同步收發傳輸器。如此，該通訊單元係可以將偵測數據及處理流程傳送至雲端資料庫儲存或通知管理者端，係具有警示及管理的功效。
其中，該控制模組具有一記錄單元，該記錄單元電性連接該處理單元，該記錄單元是隨機存取記憶體。如此，該記錄單元可以存取各項數據，以供該處理單元執行與運用，係具有提升處理速度的功效。
其中，該控制模組是微控制器。如此，可以將輸入、輸出及處理功能整合於單一晶片，係具有體積小、方便使用的功效。
其中，該控制模組及該驅動電路是微控制器。如此，可以將運算處理及切換控制介面整合於單一晶片，係具有體積小、方便使用的功效。
本發明的發電效率提升器，係可以另包含一供電單元，該供電 單元分別電性連接該控制模組及該驅動電路，該供電單元並聯該轉換模組之輸入端。如此，該供電單元可以通過能量源提供該控制模組及該驅動電路運作所需的電能，係具有不需要使用額外的電源供應源的功效。
1‧‧‧轉換模組
11a‧‧‧第一切換開關
11b‧‧‧第二切換開關
11c‧‧‧第三切換開關
11d‧‧‧第四切換開關
12‧‧‧儲能電感
13‧‧‧輸入電容
14‧‧‧輸出電容
2‧‧‧偵測模組
21‧‧‧輸入電壓感測器
22‧‧‧輸入電流感測器
23‧‧‧輸出電壓感測器
24‧‧‧輸出電流感測器
3‧‧‧控制模組
31‧‧‧接收單元
32‧‧‧處理單元
33‧‧‧通訊單元
34‧‧‧記錄單元
4‧‧‧驅動電路
5‧‧‧供電單元
O‧‧‧發電效率提升器
S‧‧‧發電元件
VS‧‧‧發電電壓
IS‧‧‧發電電流
VL‧‧‧轉換電壓
IL‧‧‧轉換電流
C‧‧‧控制訊號
L‧‧‧負載
〔第1圖〕本發明一較佳實施例的電路架構圖。
〔第2圖〕本發明一較佳實施例的實施示意圖。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第1圖所示，其係本發明發電效率提升器O的較佳實施例，係包含一轉換模組1、一偵測模組2、一控制模組3、一驅動電路4及一供電單元5，該轉換模組1之輸入端電性連接一發電元件S，該發電元件S係可以是太陽能電池板或風力發電機等發電功率會發生變化之能量源，該偵測模組2分別電性連接該轉換模組1之輸入端及輸出端，該控制模組3分別電性連接該偵測模組2及該驅動電路4，該驅動電路4電性連接該轉換模組1，該供電單元5電性連接該控制模組3及該驅動電路4。
該轉換模組1係由四個切換開關11a、11b、11c、11d及一儲能電感12形成全橋式轉換電路，其中，一第一切換開關11a的一端電性連接該轉換模組1之輸入端，且該第一切換開關11a的另一端電性連接該儲能電感12之第一端；一第二切換開關11b的一端電性連接該轉換模組1之輸出端，且該第二切換開關11b的另一端電性連接該儲能電感12之第二端；一第 三切換開關11c的一端接地，且該第三切換開關11c的另一端電性連接該儲能電感12之第一端；一第四切換開關11d的一端接地，且該第四切換開關11d的另一端電性連接該儲能電感12之第二端。又，該轉換模組1之輸入端可以並聯一輸入電容13，及該轉換模組1之輸出端可以並聯一輸出電容14。如此，該轉換模組1係可以由輸入端接收該發電元件S產生之電能，經由功率轉換處理後，再由輸出端將電能儲存或運用。
該偵測模組2可以由一輸入電壓感測器21並聯該轉換模組1之輸入端，由一輸入電流感測器22串聯該轉換模組1之輸入端，由一輸出電壓感測器23並聯該轉換模組1之輸出端，由一輸出電流感測器24串聯該轉換模組1之輸出端。如此，該輸入電壓感測器21用以測量該發電元件S之發電電壓VS，該輸入電流感測器22用以測量該發電元件S之發電電流IS，該輸出電壓感測器23用以測量該轉換模組1之轉換電壓VL，該輸出電流感測器24用以測量該轉換模組1之轉換電流IL。
該控制模組3具有接收單元31，該接收單元31分別電性連接該偵測模組2之該輸入電壓感測器21、該輸入電流感測器22、該輸出電壓感測器23及該輸出電流感測器24，該接收單元31可以是類比數位轉換器(Analog-to-Digital Converter,A/D)，該控制模組3係可以通過該接收單元31定時、定區間接收該偵測模組2之供應電壓VS、供應電流IS、轉換電壓VL及轉換電流IL；該控制模組3還具有一處理單元32電性連接該接收單元31，該處理單元32係可以通過該接收單元31讀取偵測數據，並依據該發電電壓VS及該發電電流IS換算該發電元件S之發電功率，及依據該轉換電壓VL及該轉換電流IL換算該轉換模組1優化後的輸出功率，再通過最大功率點追蹤(Maximum Power Point Tracking,MPPT)技術，判斷該發電功率是否異常(天氣變化、元件故障等因素)，並產生一控制訊號C用以使該輸出功率為 最大值。
該控制模組3還可以具有一通訊單元33，該通訊單元33可以是通用非同步收發傳輸器(Universal Asynchronous Receiver Transmitter,UART)，該通訊單元33係可以將偵測數據及處理流程傳送至雲端資料庫儲存或通知管理者端。該控制模組3還可以具有一記錄單元34，該記錄單元34可以是隨機存取記憶體(Random Access Memory,RAM)，該記錄單元34用以存取各項數據，係可以供該處理單元32執行與運用，具有提升處理速度的功效。上述該控制模組3之該接收單元31、該處理單元32、該通訊單元33及該記錄單元34，係可以整合於一微控制器(Micro Control Unit,MCU)。
該驅動電路4分別電性連接該轉換模組1之四個切換開關11a、11b、11c、11d，該驅動電路4係可以依據該處理單元32產生之控制訊號C，控制該四個切換開關11a、11b、11c、11d的導通及截止，又，該驅動電路4係可以通過不同的脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)信號分別控制該四個切換開關11a、11b、11c、11d，如此，藉由調整脈衝寬度調變信號之占空比，係可以切換該轉換模組1的工作模式及工作週期。該驅動電路4還可以與該控制模組3共同整合於該微控制器。
該供電單元5係提供該控制模組3及該驅動電路4運作所需的電能，該供電單元5還可以並聯該轉換模組1之輸入端，使該供電單元5將該發電元件S產生之電能，轉為供應該控制模組3及該驅動電路4，如此，不需要使用額外的電源供應源以維持運轉。
據由前述結構，當該發電元件S之發電功率下降時，該控制模組3可以通過該偵測模組2即時測量，並依據基本電路及微積分理論演算，得知該發電功率的變化趨勢，再由該控制模組3通過該驅動電路4切換該轉換模組1為升壓轉換器(Boost Converter)或降壓轉換器(Buck Converter)， 其中，當該第一切換開關11a及該第二切換開關11b導通，且該第三切換開關11c截止時，以脈衝寬度調變信號控制該第四切換開關11d，係可以對該發電元件S之發電電壓VS做升壓轉換；當該第二切換開關11b及該第三切換開關11c導通，且該第四切換開關11d截止時，以脈衝寬度調變信號控制該第一切換開關11a，係可以對該發電元件S之發電電壓VS做降壓轉換。如此，該控制模組3通過增加或減少該發電電壓VS，再配合該處理單元32運算找出該輸出功率的最大值。
請參照第2圖所示，本發明的發電效率提升器O係可以一對一電性連接該發電元件S，再由該數個發電效率提升器O以串聯或並聯方式結合並連接一負載L，該負載L可以是蓄電池、逆變器或輸電網路等，如此，各該發電元件S係可以輸出最大功率，並匯集至該負載L以進行儲能、逆變等配電處理。
綜上所述，本發明的發電效率提升器，係藉由儲能元件及開關元件形成升壓轉換器及降壓轉換器，並通過控制模組之判斷分析及控制輸入輸出之電壓電流，以達到功率最大化之功效，如此，不需通過電阻平衡能量，係可以減少能量浪費及避免元件受熱能影響，又，本發明的發電效率提升器整合監控及轉換功能，係可以適用各式功率會發生變化的發電元件。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (11)

  1. 一種發電效率提升器，包含：一轉換模組，具有四個切換開關及一儲能電感，各該切換開關電性連接該儲能電感，形成全橋式電路，該轉換模組具有一輸入端及一輸出端，該輸入端電性連接一發電元件，該輸出端電性連接一負載，數個發電元件通過數個該轉換模組電性連接該負載；一偵測模組，該偵測模組分別電性連接該轉換模組之該輸入端及該輸出端；一控制模組，具有一接收單元及一處理單元，該接收單元分別電性連接該偵測模組及該處理單元；及一驅動電路，分別電性連接該處理單元及該四個切換開關。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發電效率提升器，其中，該轉換模組具有一輸入電容並聯於該輸入端，及一輸出電容並聯於該輸出端。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發電效率提升器，其中，該偵測模組具有一輸入電壓感測器並聯該輸入端，一輸入電流感測器串聯該輸入端，一輸出電壓感測器並聯該輸出端，及一輸出電流感測器串聯該輸出端。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之發電效率提升器，其中，該接收單元分別電性連接該輸入電壓感測器、該輸入電流感測器、該輸出電壓感測器及該輸出電流感測器。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之發電效率提升器，其中，該接收單元是類比數位轉換器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發電效率提升器，其中，該處理單元包含最大功率點追蹤技術。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發電效率提升器，其中，該控制模組具有一通訊單元，該通訊單元電性連接該處理單元，該通訊單元是通用 非同步收發傳輸器。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發電效率提升器，其中，該控制模組具有一記錄單元，該記錄單元電性連接該處理單元，該記錄單元是隨機存取記憶體。
  9. 如申請專利範圍第1、7或8項中任一項所述之發電效率提升器，其中，該控制模組是微控制器。
  10. 如申請專利範圍第1、7或8項中任一項所述之發電效率提升器，其中，該控制模組及該驅動電路是微控制器。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之發電效率提升器，另包含一供電單元，該供電單元分別電性連接該控制模組及該驅動電路，該供電單元並聯該轉換模組之輸入端。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130328404A1 (en) * 2012-06-11 2013-12-12 Panasonic Corporation Voltage conversion apparatus, power generation system, and voltage conversion method
CN106208641A (zh) * 2016-09-18 2016-12-07 北京机械设备研究所 一种交直流复用的电路
TW201720031A (zh) * 2015-11-26 2017-06-01 Lunghwa Univ Of Science And Tech 一種具自適應相移角控制機制之雙向直流-直流轉換器
TWM571618U (zh) * 2018-12-11 Power generation efficiency booster

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWM571618U (zh) * 2018-12-11 Power generation efficiency booster
US20130328404A1 (en) * 2012-06-11 2013-12-12 Panasonic Corporation Voltage conversion apparatus, power generation system, and voltage conversion method
TW201720031A (zh) * 2015-11-26 2017-06-01 Lunghwa Univ Of Science And Tech 一種具自適應相移角控制機制之雙向直流-直流轉換器
CN106208641A (zh) * 2016-09-18 2016-12-07 北京机械设备研究所 一种交直流复用的电路

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