TWI688849B - 再生能源之最大功率追蹤系統及其方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係是一種再生能源之最大功率追蹤系統及其方法，尤其是指應用於太陽能光電系統、風力發電系統或風光互補發電系統及其方法。主要關鍵是置入一種功率型的超級電容器，利用動態平衡的方法，只偵測電壓即能知系統能量變化情形。藉由微控制器的控制，調整一DC/DC升降壓轉換器、達成最大功率追蹤之目的，俾使再生能源系統獲取最大之電能。使用本發明之「再生能源之最大功率追蹤系統及其方法」，提出十五種在太陽能光電系統、風力發電系統或風光互補發電系統應用方式，以求不同條件下，最佳性價比系統。
Description
本發明係關於一種再生能源之最大功率追蹤系統及其方法，尤其是指應用於太陽能光電系統、風力發電系統或風光互補發電最大功率追蹤系統及其方法。
隨著全球暖化日趨嚴重，節能減碳日益受到注目，再生能源的高效能利用，已成為刻不容緩的課題。再生能源是指風力、太陽能、水力、生物質能、氫能、地熱、海洋溫差、海浪與潮汐的利用。其中大部分再生能源大多有地域限制，只有太陽能及風能是最普遍而可小型化的能源。由使用的觀點來看，太陽能及風力有：
安全可靠，無污染、
無CO2等溫室氣體產生、
所需能量隨處可得，無需消耗燃料、
維護簡便，使用壽命長；建設週期短，規模大小彈性、
可獨立分佈式電力，無需架設輸電線路、
偏遠地區能源代價低、
方便與建築物相結合等優點。
太陽能及風能發電的利用大概可分成並網、離網兩種，並網是將太陽能及風力所發的電力併入常規的電網中，而離網則是太陽能及風力電力系統獨立於電網外，自行獨立操作。然而設置土地面積需求大，並網系統往往設置於偏遠地區，靠著千里的電網高壓輸電線路輸送電力。而離網系統不需電網配合且體積相對小，可就近供應電力，不需架設昂貴的輸電線路，成了分佈式供電的最佳選擇。因而離網系統的太陽能及風力發
電系統，將愈顯重要。
再生能源是一種非理想、穩定性的再生能源，太陽能會隨著日照環境、角度與溫度，其產生的電力而有顯著的不同。而風力發電則因扇葉承受風力的強弱，電力大小變化甚巨。亦即表示太陽能與風能發電是變動性的再生能源，每個時間點能量的生成可能不同，必須輔以最大功率追蹤，才能獲取太陽能電池或風力發電機所轉換最大的電能。一般來說，再生能源的電能是以電壓、電流與時間方式呈現，是以系統常以此變數操作太陽能或風力發電的最大功率追蹤與取得。
習知之最大功率追蹤技術包括
電壓迴授法、
功率迴授法、
擾動觀察法、
增量電導法、
直線近似法、
實際量測法等六種。其中商業上最常使用是「擾動觀察法」，其結構如圖一所示。結構簡單且量測參數較少，已普遍應用於太陽能最大功率系統中。
以太陽能應用為例，其基本架構是藉著週期性的增加或減少負載(6)的大小，以改變太陽能板的端電壓，量測電壓偵測(1)電路及電流偵測(2)並追蹤演算(3)其輸出功率。觀察比較兩者的差異，再決定下一個週期增加或減少負載(6)大小。輸出功率如果變大，則將負載(6)作相同趨勢的調整變動；反之，輸出功率變小，則在下一個週期改變負載(6)變動方向。如此反覆的振盪擾動與觀察比較之，將可趨近太陽能電池的最大功率點。
在離網太陽能發電所使用的「擾動觀察」最大功率追蹤法是藉由控制DC/DC升降壓轉換器(5)的工作週期(Duty Ratio)之D值，改變輸出端的負載(6)來回振盪擾動太陽能板的輸出電壓，追蹤並達到太陽能電池的最大功率點。當到達最大功率點附近，振盪擾動並不停止，繼續在其左右
振盪。當日照強度、周圍環境與溫度改變時，太陽能系統操作的最大功率點立即改變，振盪擾動也立即響應，新的最大功率點追蹤再次運作。
在此之DC/DC轉換器是由電感與電容電路加上二極體與電子開闢組成，可使用升壓式、降壓式與升降壓式之DC/DC升降壓轉換器(5)，配合PWM(4)提供脈衝訊號。藉由控制開關比例時間，調整輸出端的負載(6)，追蹤最大功率點。
如美國專利第5327071號，其揭示利用一個DC/DC直流/直流轉換器來追蹤太陽能的最大功率點。而美國專利第5932994號，其揭示利用一個DC/DC直流/直流轉換器的工作週期(Duty Ratio)之D值，追蹤太陽能的最大功率點。如中華民國發明專利第I328730號，利用主動式電阻的能量轉換器的太陽能最大功率追蹤方法。
然而上述專利，必須偵測電壓(或設定電阻)與電流，經乘積器獲得功率，再行比對前後操作功率，獲取功率消長。進而判斷調整方向，追蹤最大功率點。為解決繁複計算方式，簡化追蹤程序及降低元件數量。特提出一種超級電容最大功率追蹤方法解決上述缺失。
而超級電容是介於電池與電容之間優秀的儲能與瞬間功率的新元件，使用於太陽能裝置可增加能量效率、循環壽命、免維修與延長運作時間等優點。美國專利2004/0183982所述及的太陽能充電系統，就是採用超級電容作為儲能器，以DC/DC轉換器調節控制，追蹤最大功率點。
本發明是中華民國專利第200827974號的改良完善之後續專利，第200827974號專利揭示一種太陽能系統最大功率追蹤系統與方法。但其方法僅使用於太陽能系統，且使用邏輯電路，以硬體控制系統，無法達
到最高能量效率。是以本發明特提出使用微控制器取代邏輯電路，以軟體控制系統。並且揭示15種在不同狀態下再生能源系統(太陽能發電、風力發電系統與風光互補)的超級電容最大功率追蹤系統。
本發明主要目的是使用一種超級電容最大功率追蹤方法以及系統，針對太陽能發電與風力發電系統，提出各種不同的應用電路方式。俾能使太陽能發電與風力發電系統能量效率獲得大幅度提昇。
本發明之再生能源之最大功率追蹤方法，我們稱之為「全域超級電容最大功率追蹤法」。可適用於各種再生能源及不穩定能源，尤其是在太陽能發電與風力發電系統方面，甚至可用於環境能源擷取系統的各種應用。
再生能源之最大功率追蹤方法(全域超級電容最大功率追蹤法)主要是置入一種功率(瞬間功率釋放)型的超級電容器，以動態平衡方式，藉由改變電子開關與升降壓轉換器的工作週期(Duty Ratio)之D值。觀察超級電容器電壓變化情形，決定下一次電子開關與升降壓轉換器的工作週期。並由微控制器下達指令，調整D值方向與大小。震盪來回追蹤系統的最大功率。此方法只需監控超級電容器的電壓值，不需監測電流去計算出此瞬間太陽能發電與風力發電系統的輸出功率。
再生能源之最大功率追蹤系統，主要包含：一太陽能板、風力發電機：系統的發電源；一整流器：
將風力發電機所發之交流電整流為直流電；一瞬間功率釋放型電容器：為動態平衡儲能器，接受太陽能板與風力發電機經整流的直流電，再將此電能經微控制器所控制的電子開關及升降壓控制器，充電至電池或(第二)儲能超級電容器；一電子開關：控制電流進入的開關，由微控制器控制其工作週期(D值)一升降壓控制器：根據微控制器控指令，調整電流進出之電壓轉換；一電池及儲能超級電容：作為系統的儲能元件；一電壓偵測電路：扮演超級電容器與電池的電壓偵測，並將此電壓傳至微控制器作為判斷及指令依據；一微控制器：接收超級電容器與電池的電壓偵測，比較、判斷、運算、下達指令，控制系統的各個電子開關、升降壓控制器、超級電容器與電池的充電控制與保護機制。
本發明利用全域超級電容最大功率追蹤機制因應不同使用需求及成本考量，提出應用於太陽能發電與風力發電系統的15種電路系統。包含太陽能發電系統、風力發電系統及風光互補型發電系統。
(1):電壓偵測
(2):電流偵測
(3):追蹤演算
(4):PWM
(5):DC/DC升降壓轉換器
(6):負載
(7):電子開關
(99):整流電路
(100):第一電子控制開關
(101):超級電容
(102):電壓偵測電路
(103):微控制器
(104):DC/DC升降壓轉換器
(105):第二電子控制開關
(106):放電控制電路
(107):負載
(108):電池
(109):第二DC/DC升降壓轉換器
(110):升降壓控制器
(111):電壓偵測電路
(112):電壓偵測電路
(113):第二超級電容器
(114):升降壓控制器
第一圖係商業使用習知之擾動觀察最大功率追蹤法
第二圖係本發明之超級電容最大功率追蹤法
第三圖係本發明之實施例一之方塊示意圖
第四圖係本發明之實施例二之方塊示意圖
第五圖係本發明之實施例三之方塊示意圖
第六圖係本發明之實施例四之方塊示意圖
第七圖係本發明之實施例五之方塊示意圖
第八圖係本發明之實施例六之方塊示意圖
第九圖係本發明之實施例七之方塊示意圖
第十圖係本發明之實施例八之方塊示意圖
第十一圖係本發明之實施例九之方塊示意圖
第十二圖係本發明之實施例十之方塊示意圖
第十三圖係本發明之實施例十一之方塊示意圖
第十四圖係本發明之實施例十二之方塊示意圖
第十五圖係本發明之實施例十三之方塊示意圖
第十六圖係本發明之實施例十四之方塊示意圖
第十七圖係本發明之實施例十五之方塊示意圖
以下藉由第二圖說明本發明之「再生能源之最大功率追蹤系統及其方法」內容，俾使更進一步揭露本發明。
太陽能板所生成的電能，經電子開關(7)，進入超級電容(101)。而此時電壓偵測電路(102)，偵測該超級電容(101)的電壓，並將此資料傳至微控制器(103)。該微控制器(103)判斷比較一定時間的電壓，下達對DC/DC升降壓轉換器(104)調整工作週期D值的指令，達成全域超級電容最大功率追蹤，供應給負載(107)。
而本發明其方法不需量測其電流(I值)，僅需偵測其電壓(V值)即可判斷追蹤結果，進而調整其工作週期，有別於目前商用「擾動觀察」最大功率追蹤法。
以太陽能獨立發電系統為例，本發明係將超級電容器置入太陽能板及該DC/DC升降壓轉換器(104)之間，作為能量(電能)的暫存容器，電能由太陽能板生成，進入超級電容器，而後輸出該DC/DC升降壓轉換器(104)。此進出電能在穩態下(steady state)可視超級電容器淨電能為零，即無電能蓄積於超級電容器，太陽能板所產生的能量都由流入該DC/DC升降壓轉換器(104)，呈現動態平衡狀況。
太陽能系統能量(電能)W=P×t(P：功率，t：時間)
∴W=I×V×t(I：電流，V：電壓)
以1 second討論，當t=1 sec，則W=P=I×V
任一時刻，流入超級電容的能量=流出超級電容的能量，也就是太陽能板流入超級電容的能量應該是超級電容流入該DC/DC升降壓轉換器(104)的能量。W：太陽能板產生的能量=流入超級電容的能量=流出超級電容的能量=流入該DC/DC升降壓轉換器(104)的能量。
所以以往擾動觀察之太陽能最大功率追蹤法偵測太陽能板
產生的功率，現亦可偵測超級電容的能量或功率。而超級電容的能量是與其電容量相關：W=1/2 C×V2(W：超級電容的能量，C：超級電容的電容量，V為超級電容的電壓)。
超級電容的電容量C值是定值，所以超級電容的能量可由超級電容的電壓呈現，只要有超級電容的電壓即可知超級電容能量，也可知太陽能板產生的功率。所以本方法只偵測超級電容的電壓簡單又有效率。
當t為極短時間時，超級電容的電壓差即可判斷太陽能能量變化情形，亦即太陽光變強或變弱，造成進出系統電能變化。進而調整該DC/DC升降壓轉換器(104)的工作週期，達成最大功率追蹤之目的。
令t=t1時，量測超級電容的電壓為Vc1；當t=t2時，測量超級電容的電壓則為Vc2；而時間間隔dt=t2-t1，dV=Vc2-Vc1；其中dV值亦即超級電容的電壓變化情形，相當於進出超級電容的電能變化情形，也就是系統能量變化情形。依此可判斷、調整該DC/DC升降壓轉換器(104)的工作週期D值，進而達成最大功率追蹤之目的。
其操作流程如下：A.首先偵測超級電容電壓Vc值，當Vc值大於設定值時，啟動最大功率系統；B.改變DC/DC轉換器工作週期D值；C.再量測新的Vc值；D.如果新的Vc值大於原Vc值，則將再調整DC/DC轉換器工作週期D值，其變化趨勢方向朝原變化方向；如果新的Vc值小於原Vc值，則將再調整DC/DC轉換器工作週期D值，其變化趨勢方向朝反變化方向；E.將新的Vc值設定成Vc；
F.再次重覆上述步驟。
以下針對「再生能源之最大功率追蹤系統及其方法」提出十五種相關實施例。
實施例一
針對太陽能系統，使用「再生能源之最大功率追蹤系統及其方法」，其中超級電容更兼作為儲能之用。如第三圖所示：
本實施例實施方法主要係將太陽能板所生成的電能，經第一電子控制開關(100)進入超級電容(101)。而此時電壓偵測電路(102)偵測該超級電容(101)的電壓，並將此資料傳至微控制器(103)。該微控制器(103)判斷比較一定時間(從幾毫秒到幾分鐘)的電壓，下達對DC/DC升降壓轉換器(104)調整工作週期D值的指令，達成全域超級電容最大功率追蹤。爾後透過該微控制器(103)控制第二電子控制開關(105)，將最大功率追蹤的電能通過放電控制電路(106)供應給負載(107)。
實施例二
針對風力發電系統，使用「再生能源之最大功率追蹤系統及其方法」，其中超級電容更兼作為儲能之用。如第四圖所示：
本實施例實施方法主要係將風力發電機所生成的交流電能，使用整流電路(99)調整為直流電。經第一電子控制開關(100)進入超級電容(101)。而此時電壓偵測電路(102)偵測該超級電容(101)的電壓，並將此資料傳至微控制器(103)。該微控制器(103)判斷比較一定時間(從幾毫秒到幾分鐘)的電壓，下達對DC/DC升降壓轉換器(104)調整工作週期D值的指令，達成全域超級電容最大功率追蹤。爾後透過該微控制器(103)控制第二電子控
制開關(105)，將最大功率追蹤的電能通過放電控制電路(106)供應給負載(107)。
實施例三
針對太陽能系統，使用「再生能源之最大功率追蹤系統及其方法」，其中電池作為儲能之用。如第五圖所示：
本實施例實施方法主要係將太陽能板所生成的電能，經第一電子控制開關(100)進入超級電容(101)。而此時電壓偵測電路(102)偵測該超級電容(101)的電壓，並將此資料傳至微控制器(103)。該微控制器(103)判斷比較一定時間(從幾毫秒到幾分鐘)的電壓，下達對DC/DC升降壓轉換器(104)調整工作週期D值的指令，達成全域超級電容最大功率追蹤。爾後透過該微控制器(103)控制第二電子控制開關(105)，充電至電池(108)，將最大功率追蹤的電能通過放電(保護)控制電路(106)供應給負載(107)。
實驗例
利用實施例三的「再生能源之最大功率追蹤系統及其方法」，比較此發明例的系統與商用太陽能PWM脈衝式充電系統充電效率。在兩個70W太陽能板中，使用實施例三的全域超級電容系統與商用太陽能PWM脈衝式充電系統各自架設兩離網太陽能系統，共用相同一顆12V鉛酸儲能電池，以確保兩系統在相同電位之電壓。進而比較兩系統充電電流，計算能量效率增益情形。實驗結果，取100組數據，如表一所示，全域超級電容太陽能系統能量比商用太陽能PWM脈衝式充電系統充電效率增益36%。
表一：最大功率追蹤系統與商用PWM脈衝式充電系統充電效率實驗結果：
實施例四
針對太陽能系統，使用「再生能源之最大功率追蹤系統及其方法」，其中系統設置有兩個DC/DC升降壓轉換器，分別負責強日照與低日照之該DC/DC升降壓轉換器的工作週期調整。如第六圖所示：
本實施例實施方法主要係將太陽能板所生成的電能，經第一電子控制開關(100)進入超級電容(101)。而此時電壓偵測電路(102)偵測該超級電容(101)的電壓，並將此資料傳至微控制器(103)。該微控制器(103)判斷比較一定時間(從幾毫秒到幾分鐘)的電壓，利用該第一電子控制開關(100)切換，下達對DC/DC升降壓轉換器(104)或第二DC/DC升降壓轉換器(109)調整工作週期D值的指令，達成全域超級電容最大功率追蹤。其中該DC/DC升降壓轉換器(104)與該第二DC/DC升降壓轉換器(109)分別負責強日照與低日照該DC/DC升降壓轉換器的工作週期調整，爾後透過該微控制器(103)控制第二電子控制開關(105)，將最大功率追蹤的電能充電到電池(108)。再經放電(保護)控制電路(106)供應負載(107)電力。
實施例五
針對太陽能系統，使用「再生能源之最大功率追蹤系統及其方法」，系統設置有兩個DC/DC升降壓轉換器，分別負責強日照與低日照該DC/DC升降壓轉換器的工作週期調整。太陽能系統所取得電力，除了可充電到電池，亦可聯同電池供應電力給負載使用。如第七圖所示：
本實施例實施方法主要係將太陽能板所生成的電能，經第一電子控制開關(100)進入超級電容(101)。而此時電壓偵測電路(102)偵測該超級電容(101)的電壓，並將此資料傳至微控制器(103)。該微控制器(103)判斷
比較一定時間(從幾毫秒到幾分鐘)的電壓，利用該第一電子控制開關(100)切換，下達對DC/DC升降壓轉換器(104)或第二DC/DC升降壓轉換器(109)調整工作週期D值的指令，達成全域超級電容最大功率追蹤。爾後透過該微控制器(103)控制第二電子控制開關(105)，將最大功率追蹤的電能充電到電池(108)。亦可由該第二電子控制開關(105)直接到放電(保護)控制電路(106)，聯合該電池(108)一起供應負載(107)電力。
實施例六
針對太陽能系統，使用「再生能源之最大功率追蹤系統及其方法」，在第一電子控制開關與超級電容之間，加入一個升降壓控制器以降低超級電容較高的電壓的需求。如第八圖所示：
本實施例實施方法主要係將太陽能板所生成的電能，經第一電子控制開關(100)接入升降壓控制器(110)再進入超級電容(101)。而此時電壓偵測電路(102)偵測該超級電容(101)的電壓，並將此資料傳至微控制器(103)。該微控制器(103)決定該升降壓控制器(110)並判斷、比較一定時間(從幾毫秒到幾分鐘)的電壓，利用該第一電子控制開關(100)切換，下達對DC/DC升降壓轉換器(104)控制指令，調整工作週期D值，達成全域超級電容最大功率追蹤。爾後根據電池電壓偵測電路(111)，透過該微控制器(103)控制第二電子控制開關(105)，將最大功率追蹤的電能充電到電池(108)。再經放電(保護)控制電路(106)供應負載(107)電力。
實施例七
針對太陽能系統，使用「再生能源之最大功率追蹤系統及其方法」，在第一電子控制開關與超級電容之間，加入一個升降壓控制器以降低超級電
容較高的電壓的需求。太陽能系統所取得電力，除了可充電到電池，亦可聯同電池供應電力給負載使用。如第九圖所示：
本實施例實施方法主要係將太陽能板所生成的電能，經第一電子控制開關(100)接入升降壓控制器(110)再進入超級電容(101)。而此時電壓偵測電路(102)偵測該超級電容(101)的電壓，並將此資料傳至微控制器(103)。該微控制器(103)決定該升降壓控制器(110)並判斷、比較一定時間(從幾毫秒到幾分鐘)的電壓，利用該第一電子控制開關(100)切換，下達對DC/DC升降壓轉換器(104)控制指令，調整工作週期D值，達成全域超級電容最大功率追蹤。爾後根據電池電壓偵測電路(111)，透過該微控制器(103)控制第二電子控制開關(105)，將最大功率追蹤的電能充電到電池(108)。亦可由該第二電子控制開關(105)直接到放電(保護)控制電路(106)，聯合該電池(108)一起供應負載(107)電力。
實施例八
針對風力發電系統，使用「再生能源之最大功率追蹤系統及其方法」，將作為全域最大功率追蹤能量暫存的超級電容電力，先行充電到第二超級電容，最後充入電池供應負載之用。由於第二超級電容器的置入，可在風力變化快速下，穩定整個風力發電系統。如第十圖所示：
本實施例實施方法主要係將風力發電機所生成的電能，使用整流電路(99)調整為直流電。經第一電子控制開關(100)進入超級電容(101)。而此時電壓偵測電路(102)偵測該超級電容(101)的電壓，並將此資料傳至微控制器(103)。該微控制器(103)判斷比較一定時間(從幾毫秒到幾分鐘)的電壓，下達對DC/DC升降壓轉換器(104)調整工作週期D值的指令，達
成全域超級電容最大功率追蹤。然後透過電壓偵測電路(112)量測第二超級電容器(113)，在該微控制器(103)控制下，將電力充電到該第二超級電容器(113)。爾後也在該微控制器(103)控制下，該第二超級電容器(113)電能經第二電子控制開關(105)及升降壓控制器(114)進入電池(108)儲存。最終通過放電(保護)控制電路(106)供應負載(107)電力。
實施例九
針對風力發電系統，使用「再生能源之最大功率追蹤系統及其方法」，將作為全域最大功率追蹤能量暫存的超級電容電力，先行充電到第二超級電容，最後充入電池供應負載之用。風力發電系統所取得電力，除了可充電到電池，亦可聯同電池供應電力給負載使用。由於第二超級電容器的置入，可在風力變化快速下，穩定整個風力發電系統。如第十一圖所示：
本實施例實施方法主要係將風力發電所生成的電能，使用整流電路(99)調整為直流電。經第一電子控制開關(100)進入超級電容(101)。而此時電壓偵測電路(102)偵測該超級電容(101)的電壓，並將此資料傳至微控制器(103)。該微控制器(103)判斷比較一定時間的電壓，下達對DC/DC升降壓轉換器(104)調整工作週期D值的指令，達成全域超級電容最大功率追蹤。然後透過電壓偵測電路(112)量測第二超級電容器(113)，在該微控制器(103)控制下，將電力充電到該第二超級電容器(113)。爾後也在該微控制器(103)控制下，該第二超級電容器(113)電能經第二電子控制開關(105)及升降壓控制器(114)進入電池(108)儲存。最終通過放電(保護)控制電路(106)供應負載(107)電力。亦可由第二電子控制開關(105)直接到放電控制電路(106)，聯合該電池(108)一起供應該負載(107)電力。
實施例十
針對風力發電系統，使用「再生能源之最大功率追蹤系統及其方法」，在第一電子控制開關與超級電容之間，加入一個升降壓控制器以降低超級電容較高的電壓的需求。如第十二圖所示：
本實施例實施方法主要係將風力發電機所生成的電能，使用整流電路(99)調整為直流電。經第一電子控制開關(100)接入升降壓控制器(110)再進入超級電容(101)。而此時電壓偵測電路(102)偵測該超級電容(101)的電壓，並將此資料傳至微控制器(103)。該微控制器(103)控制該升降壓控制器(110)並判斷比較一定時間(從幾毫秒到幾分鐘)的電壓，下達對DC/DC升降壓轉換器(104)調整工作週期D值的指令，達成全域超級電容最大功率追蹤。然後透過電壓偵測電路(112)量測第二超級電容器(113)電壓，在微控制器(103)控制下，將電力充電到第二超級電容器(113)。爾後也在該微控制器(103)控制下，該第二超級電容器(113)電能經第二電子控制開關(105)及升降壓控制器(114)進入電池(108)儲存。最終通過放電(保護)控制電路(106)供應負載(107)電力。
實施例十一
針對風力發電系統，使用「再生能源之最大功率追蹤系統及其方法」，在第一電子控制開關與超級電容之間，加入一個升降壓控制器以降低超級電容較高的電壓的需求。風力發電系統所取得電力，除可充電到電池，亦可聯同電池供應電力給負載使用。如第十三圖所示：
本實施例實施方法主要係將風力發電機所生成的電能，使用整流電路(99)調整為直流電。經第一電子控制開關(100)接入升降壓控制器
(110)再進入超級電容(101)。而此時電壓偵測電路(102)偵測該超級電容(101)的電壓，並將此資料傳至微控制器(103)。該微控制器(103)控制該升降壓控制器(110)並判斷比較一定時間(從幾毫秒到幾分鐘)的電壓，下達對DC/DC升降壓轉換器(104)調整工作週期D值的指令，達成全域超級電容最大功率追蹤。然後透過電壓偵測電路(112)量測第二超級電容器(113)，在該微控制器(103)控制下，將電力充電到該第二超級電容器(113)。爾後也在該微控制器(103)控制下，該第二超級電容器(113)電能經第二電子控制開關(105)及升降壓控制器(114)進入電池(108)儲存。最終通過放電(保護)控制電路(106)供應負載(107)電力。亦可由該第二電子控制開關(105)直接到該放電(保護)控制電路(106)，聯合該電池(108)一起供應該負載(107)電力。
實施例十二
針對太陽能與風力發電兩種結合的風光互補系統，將風力發電機所發的電整流成直流電，結合太陽能的電力，使用「再生能源之最大功率追蹤系統及其方法」。將作為全域最大功率追蹤能量暫存的超級電容電力，先行充電到第二超級電容，最後充入電池供應負載之用。由於第二超級電容器的置入，可在天候變化快速下，穩定整個風力發電系統。如第十四圖所示：
本實施例實施方法主要係將風力發電機所生成的電能，使用整流電路(99)調整為直流電。結合太陽能板的電力經第一電子控制開關(100)，內含為風力與太陽能電子開關，進入超級電容(101)。而此時電壓偵測電路(102)偵測該超級電容(101)的電壓，並將此資料傳至微控制器(103)。該微控制器(103)判斷比較一定時間(從幾毫秒到幾分鐘)的電壓，下達對DC/DC升降壓轉換器(104)調整工作週期D值的指令，達成全域超級電容最
大功率追蹤。然後透過電壓偵測電路(112)量測第二超級電容器(113)，在該微控制器(103)控制下，將電力充電到該第二超級電容器(113)。爾後也在該微控制器(103)控制下，該第二超級電容器(113)電能經第二電子控制開關(105)及升降壓控制器(114)進入電池(108)儲存。最終通過放電(保護)控制電路(106)供應負載(107)電力。
實施例十三
針對太陽能與風力發電兩種結合的風光互補系統，將風力發電機所發的電整流成直流電，結合太陽能的電力，使用「再生能源之最大功率追蹤系統及其方法」。將作為全域最大功率追蹤能量暫存的超級電容電力，先行充電到第二超級電容，最後充入電池供應負載之用。風光互補系統所取得電力，除可充電到電池，亦可聯同電池供應電力給負載使用。由於第二超級電容器的置入，可在天候變化快速下，穩定整個風力發電系統。如第十五圖所示：
本實施例實施方法主要係將風力發電機所生成的電能，使用整流電路(99)調整為直流電。結合太陽能板的電力經第一電子控制開關(100)，內含為風力與太陽能電子開關，進入超級電容(101)。而此時電壓偵測電路(102)偵測該超級電容(101)的電壓，並將此資料傳至微控制器(103)。該微控制器(103)判斷比較一定時間(從幾毫秒到幾分鐘)的電壓，下達對DC/DC升降壓轉換器(104)調整工作週期D值的指令，達成全域超級電容最大功率追蹤。然後透過電壓偵測電路(112)量測第二超級電容器(113)，在該微控制器(103)控制下，將電力充電到該第二超級電容器(113)。爾後也在該微控制器(103)控制下，該第二超級電容器(113)電能經第二電子控制開關
(105)及升降壓控制器(114)進入電池(108)儲存。最終通過放電(保護)控制電路(106)供應負載(107)電力。亦可由該第二電子控制開關(105)直接到該放電(保護)控制電路(106)，聯合該電池(108)一起供應該負載(107)電力。
實施例十四
針對太陽能與風力發電兩種結合的風光互補系統，使用「再生能源之最大功率追蹤系統及其方法」。在第一電子控制開關與超級電容之間，加入一個升降壓控制器以降低超級電容較高的電壓的需求。如第十六圖所示：
本實施例實施方法主要係將風力發電機所生成的電能，使用整流電路(99)調整為直流電。結合太陽能板的電力經第一電子控制開關(100)，內含為風力與太陽能電子控制開關，接入升降壓控制器(110)再進入超級電容(101)。而此時電壓偵測電路(102)偵測該超級電容(101)的電壓，並將此資料傳至微控制器(103)。該微控制器(103)判斷比較一定時間的電壓，下達對DC/DC升降壓轉換器(104)調整工作週期D值的指令，達成全域超級電容最大功率追蹤。然後透過電壓偵測電路(112)量測第二超級電容器(113)，在該微控制器(103)控制下，將電力充電到該第二超級電容器(113)。爾後也在該微控制器(103)控制下，該第二超級電容器(113)電能經第二電子控制開關(105)及升降壓控制器(114)進入電池(108)儲存。最終通過放電(保護)控制電路(106)供應負載(107)電力。
實施例十五
針對太陽能與風力發電兩種結合的風光互補系統，使用「再生能源之最大功率追蹤系統及其方法」。在第一電子控制開關與超級電容之間，加入一個升降壓控制器以降低超級電容較高的電壓的需求。風光互補系統所取
得電力，除可充電到電池，亦可聯同電池供應電力給負載使用。如第十七圖所示：
本實施例實施方法主要係將風力發電機所生成的電能，使用整流電路(99)調整為直流電。結合太陽能板的電力經第一電子控制開關(100)，接入升降壓控制器(110)再進入超級電容(101)。而此時電壓偵測電路(102)偵測該超級電容(101)的電壓，並將此資料傳至微控制器(103)。該微控制器(103)判斷比較一定時間的電壓，下達對DC/DC升降壓轉換器(104)調整工作週期D值的指令，達成全域超級電容最大功率追蹤。然後透過電壓偵測電路(112)量測第二超級電容器(113)，在該微控制器(103)控制下，將電力充電到該第二超級電容器(113)。爾後也在該微控制器(103)控制下，該第二超級電容器(113)電能經第二電子控制開關(105)及升降壓控制器(114)進入電池(108)儲存。最終通過放電(保護)控制電路(106)，供應負載(107)電力。亦可由該第二電子控制開關(105)直接到該放電(保護)控制電路(106)，聯合該電池(108)一起供應該負載(107)電力。
(101)‧‧‧超級電容
(102)‧‧‧電壓偵測電路
(103)‧‧‧微控制器
(104)‧‧‧DC/DC升降壓轉換器
(107)‧‧‧負載
(7)‧‧‧電子開關
Claims (15)
- 一種再生能源之最大功率追蹤系統，包括一第一電子控制開關與一超級電容相互電性連接，且設一DC/DC升降壓轉換器與該第一電子控制開關電係連接，該第一電子控制開關並與一微控制器電性連接，該超級電容與該第一電子控制開關之連接路徑並電性連接一電壓偵測電路，以供將該再生能源生成的電能，經該第一電子控制開關，進入該超級電容，其中該超級電容兼作為儲能之用，並由該電壓偵測電路偵測該超級電容的電壓，傳至該微控制器，判斷比較一定時間的電壓，以調整該DC/DC升降壓轉換器工作週期，達成該超級電容最大功率追蹤，該電能經一放電控制電路，供應給負載，其中該再生能源包括太陽能板、風力發電機、風光互補發電系統所產生。
- 如申請專利範圍第1項所述之再生能源之最大功率追蹤系統，其中更包括一第二電子控制開關與該DC/DC升降壓轉換器以及該微控制器電性連接。
- 如申請專利範圍第2項所述之再生能源之最大功率追蹤系統，其中該放電控制電路與該第二電子控制開關電性連接。
- 一種再生能源之最大功率追蹤系統，其中該系統設置有兩個DC/DC升降壓轉換器，分別負責強日照與低日照該DC/DC升降壓轉換器的工作週期調整，係將該再生能源生成的電能，經一第一電子控制開關，進入一超級電容，而電壓偵測電路偵測該超級電容的電壓，並傳至一微控制器，判斷比較一定時間的電壓，利用該第一電子控制開關切換，調整該兩個DC/DC升降壓轉換器工作週期，達成全域超級電容最大功率追蹤，爾後透過一第二電子控制開關，將該電能充電到一電池，再經一放電控制電路，供應該負載電力。
- 如申請專利範圍第4項所述之再生能源之最大功率追蹤系統，其中該系統包括：該再生能源：太陽能板、風力發電機、風光互補發電系統等；該超級電容：為動態平衡暫存器；該第一與第二電子控制開關；該第一與第二DC/DC升降壓轉換器：調整再生能源系統輸出電壓及電力(電流)；該電壓偵測電路：偵測該超級電容電壓；該微控制器：根據該電壓偵測電路量測的電壓，判斷、控制與調整該DC/DC升降壓轉換器的工作週期，並控制電子開關的開啟與關閉；該放電控制電路；該電池：系統儲能器；該負載。
- 如申請專利範圍第5項所述之再生能源之最大功率追蹤系統，其中該全域超級電容最大功率追蹤電力，經過該第二電子控制開關直接經該放電控制電路，供應該負載電力，亦可聯合該電池一起供應該負載電力。
- 一種再生能源之最大功率追蹤系統，在一第一電子控制開關與一超級電容之間，加入一個升降壓控制器以降低該超級電容較高的電壓的需求，係將該再生能源生成的電能，經該第一電子控制開關，該升降壓控制器 進入該超級電容，偵測該超級電容的電壓，傳至一微控制器，判斷比較一定時間的電壓，調整兩個DC/DC升降壓轉換器工作週期，達成全域超級電容最大功率追蹤，爾後透過一第二電子控制開關，將該電能充電至一電池，再經一放電控制電路，供應給負載。
- 如申請專利範圍第7項所述之再生能源之最大功率追蹤系統，其中該系統包括：該再生能源：太陽能板、風力發電機、風光互補發電系統等；一整流器：為風力發電機交流發電整流成直流電力；該超級電容：為動態平衡暫存器；該第一與第二電子控制開關；該升降壓控制器；該第一與第二DC/DC升降壓轉換器：調整再生能源系統輸出電壓及電力(電流)；一電壓偵測電路：偵測該超級電容與該電池電壓；該微控制器：根據該電壓偵測電路量測的電壓，判斷、控制與調整該DC/DC升降壓轉換器的工作週期，並控制電子開關的開啟與關閉；該放電控制電路；該電池：系統儲能器； 該負載。
- 如申請專利範圍第8項所述之再生能源之最大功率追蹤系統，其中該全域超級電容最大功率追蹤電力，經過該第二電子控制開關直接經該放電控制電路，供應該負載電力，亦可聯合該電池一起供應該負載電力。
- 一種再生能源之最大功率追蹤系統，置入一第二超級電容器，可在風力變化快速下，穩定整個風力發電系統，係將風力發電生成的電能，整流為直流電，經一第一電子控制開關，進入一超級電容，而一電壓偵測電路偵測該超級電容的電壓，並傳至一微控制器，判斷比較一定時間的電壓，調整兩個DC/DC升降壓轉換器工作週期，達成全域超級電容最大功率追蹤，然後透過該電壓偵測電路量測該第二超級電容器電壓，將電力充電到該第二超級電容器，爾後透過一第二電子控制開關，將該電能充電到一電池，再經一放電控制電路，供應負載電力。
- 如申請專利範圍第10項所述之再生能源之最大功率追蹤系統，其中該系統包括：該再生能源：風力發電機、風光互補發電；一整流器：為風力發電機交流發電整流成直流電力；該超級電容：為動態平衡暫存器；該第二超級電容器：為系統第二儲能器；該第一與第二電子控制開關；一升降壓控制器： 為該第二超級電容器升降壓充電到該電池；該第一與第二DC/DC升降壓轉換器：調整再生能源系統輸出電壓及電力(電流)；該電壓偵測電路：偵測該超級電容與該電池電壓；該微控制器：根據該電壓偵測電路量測的電壓，判斷、控制與調整該DC/DC升降壓轉換器的工作週期，並控制電子開關的開啟與關閉；該放電控制電路；該電池：系統儲能器；該負載。
- 如申請專利範圍第11項所述之再生能源之最大功率追蹤系統，其中該全域超級電容最大功率追蹤電力，經過該第二電子控制開關直接經該放電控制電路，供應該負載電力，亦可聯合該電池一起供應該負載電力。
- 一種再生能源之最大功率追蹤系統，在一第一電子控制開關與一超級電容之間，加入一個升降壓控制器以降低該超級電容較高的電壓的需求，也置入一第二超級電容器，可在風力變化快速下，穩定整個風力發電系統，係將風力發電機所生成的電能，使用一整流電路，經該第一電子控制開關，接入該升降壓控制器，再進入該超級電容，而一電壓偵測電路偵測該超級電容的電壓，傳至一微控制器，微控判斷比較一定時間的電壓，調整兩個DC/DC升降壓轉換器的工作週期，達成全域超級電容最大功率追蹤，再透過該電壓偵測電路量測該第二超級電容器電壓，將電力充電到該第二超級電容器，爾後透過一第二電子控制開關，將該電能 充電到一電池，再經一放電控制電路，最終經該放電控制電路供應負載電力。
- 如申請專利範圍第13項所述之再生能源之最大功率追蹤系統，其中該系統包括：該再生能源：風力發電機、風光互補發電；一整流器：為風力發電機交流發電整流成直流電力；該超級電容：為動態平衡暫存器；該第二超級電容器：為系統第二儲能器；該第一與第二電子控制開關；該升降壓控制器：為該第二超級電容器升降壓充電到該電池；該第一與第二DC/DC升降壓轉換器：調整再生能源系統輸出電壓及電力(電流)；該電壓偵測電路：偵測該超級電容與該電池電壓；該微控制器：根據該電壓偵測電路量測的電壓，判斷、控制與調整該DC/DC升降壓轉換器的工作週期，並控制電子開關的開啟與關閉；該放電控制電路；該電池： 系統儲能器；該負載。
- 如申請專利範圍第14項所述之再生能源之最大功率追蹤系統，其中該全域超級電容最大功率追蹤電力，經過該第二電子控制開關直接經該放電控制電路，供應該負載電力，亦可聯合該電池一起供應該負載電力。
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