TWI723851B - 太陽能電池檢測系統 - Google Patents

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Abstract

本案提供一種太陽能電池檢測系統，包含太陽能電池串、電源供應器及控制電路。太陽能電池串包含複數太陽能電池及複數旁路二極體。電源供應器用以產生檢測電壓至太陽能電池串，使複數旁路二極體具有跨壓為檢測電壓。控制電路用以在電源供應器產生檢測電壓後判斷複數旁路二極體是否根據檢測電壓輸出檢測電流，若複數旁路二極體未輸出檢測電流，控制電路判定任一旁路二極體為斷路，若複數旁路二極體輸出檢測電流，控制電路根據檢測電流的電流值判斷複數旁路二極體為正常或任一旁路二極體為短路。

Description

太陽能電池檢測系統
本案是關於一種太陽能電池檢測系統。
太陽能電池串在運作中時容易受到遮蔭或是因焊接不良、電池破裂、玻璃破裂等之故障。一旦發生上述情況，太陽能電池串會無法正常地發電，影響太陽能電池串發電之效能，更糟糕的情況是過大負載將造成太陽能電池過熱，而產生熱斑效應（hot-spot）造成太陽能電池串永久損壞。
為了避免太陽能電池串永久損壞，一般會在每片太陽能電池加入旁路二極體，其目的是將電流旁路（bypass）於故障或被遮蔭的太陽能電池，以防止太陽能電池過熱而毀損。因此，如何有效檢測二極體是否正常、短路或是斷路，以確保旁路二極體正常運作極為重要。
在一些實施例中，一種太陽能電池檢測系統包含太陽能電池串、電源供應器及控制電路。太陽能電池串包含複數太陽能電池及複數旁路二極體，太陽能電池彼此串接，複數旁路二極體並聯於複數太陽能電池且複數旁路二極體彼此串接。電源供應器用以產生檢測電壓至太陽能電池串，使複數旁路二極體具有跨壓為檢測電壓。控制電路用以在電源供應器產生檢測電壓後判斷複數旁路二極體是否根據檢測電壓輸出檢測電流，若複數旁路二極體未輸出檢測電流，控制電路判定任一旁路二極體為斷路，若複數旁路二極體輸出檢測電流，控制電路根據檢測電流的電流值判斷複數旁路二極體為正常或任一旁路二極體為短路。
綜上所述，藉由太陽能電池檢測系統可檢測太陽能電池串中之旁路二極體是否短路、斷路，以防止當旁路二極體短路或斷路時，旁路二極體未正常運作因而導致太陽能電池毀損，除此之外，藉由發電變化率也可檢測耦接於太陽能電池串之電流輸出端的熔絲是否為熔斷。太陽能電池檢測系統可根據是否感測到日照以切換運作的模式，藉此，旁路二極體於未感測日照時檢測可不影響太陽能電池串於日照下之產能效率。再者，本案提供之太陽能電池檢測系統不需分別對太陽能電池串中之每一旁路二極體做檢測，也不需要分別對每一串太陽能電池串做檢測，僅需一次信號收集就可以對多串並聯之太陽能電池陣列做同時檢測，因此節省檢測所耗費的時間與檢測系統所需的硬體成本，降低檢測系統之複雜性，大幅提升整個高頻系統的執行效率。
請參照圖1，圖1係為根據本案之太陽能電池檢測系統之一實施例之示意圖。太陽能電池檢測系統包含複數太陽能電池串、電源供應器12及控制電路13。其中，圖1是以四個太陽能電池串111-114為例。太陽能電池串111-114分別耦接於電源供應器12及控制電路13。
為簡化描述，以下以太陽能電池串111為例說明。請參照圖2，圖2係為根據本案之太陽能電池檢測系統之太陽能電池串111之一實施例之示意圖。太陽能電池串111包含複數太陽能電池及複數旁路二極體。以圖2示例之三個太陽能電池a、太陽能電池b及太陽能電池c為例，太陽能電池a、b、c彼此串接，換言之，太陽能電池b串接於太陽能電池a及太陽能電池c之間，且太陽能電池a、b、c耦接於電源供應器12。以圖2示例之三個旁路二極體D1、旁路二極體D2及旁路二極體D3為例，旁路二極體D1、D2、D3彼此串接並且並聯於太陽能電池a、b、c，換言之，旁路二極體D2串接於旁路二極體D1及旁路二極體D3之間，且旁路二極體D1並聯於太陽能電池a、旁路二極體D2並聯於太陽能電池b，以及旁路二極體D3並聯於太陽能電池c。
太陽能電池檢測系統提供一種適用於檢測太陽能電池中之旁路二極體是否為正常之檢測功能。圖4係為根據本案之太陽能電池檢測系統之一實施例之流程圖。請合併參照圖1及圖4，在執行前述之檢測功能時，電源供應器12產生檢測電壓V1至太陽能電池串111（步驟S01），使旁路二極體D1、D2、D3的兩端產生跨壓，由於旁路二極體D1、D2、D3彼此串接並且並聯於太陽能電池a、b、c，旁路二極體D1、D2、D3之跨壓即為檢測電壓V1。
當旁路二極體D1、D2、D3均為正常時，旁路二極體D1、D2、D3根據檢測電壓V1產生並輸出檢測電流，根據檢測電流是否於流經旁路二極體D1、D2、D3並輸出檢測電流，可以檢測旁路二極體D1、D2、D3是否為正常。因此，控制電路13判斷旁路二極體D1、D2、D3是否根據檢測電壓V1輸出檢測電流（步驟S02），若旁路二極體D1、D2、D3未輸出檢測電流時，控制電路13判定旁路二極體D1、D2、D3中之任一者為斷路（步驟S03）。若控制電路13判斷出旁路二極體D1、D2、D3輸出檢測電流時，換言之檢測電流流經旁路二極體D1、D2及旁路二極體D3，根據檢測電流的電流值，控制電路可判定旁路二極體D1、D2、D3中之任何一者為短路（步驟S07），或是控制電路13判定旁路二極體D1、D2、D3皆為正常（步驟S08）。
基此，藉由太陽能電池檢測系統可檢測太陽能電池串中之旁路二極體為正常、短路或斷路，以防止當旁路二極體短路或斷路時，旁路二極體未正常運作因而導致太陽能電池毀損。
在一些實施例中，太陽能電池檢測系統更包含複數熔絲141、142、143、144，且太陽能電池串111、112、113、114分別具有一電流輸出端。熔絲141耦接於太陽能電池串111之電流輸出端O、熔絲142耦接於太陽能電池串112之電流輸出端、熔絲143耦接於太陽能電池串113之檢測電流輸出端，以及熔絲144耦接於太陽能電池串114之電流輸出端。以熔絲141耦接於太陽能電池串111之電流輸出端O為例，在步驟S02中判斷旁路二極體D1、D2、D3是否輸出檢測電流時，控制電路13是判斷電流輸出端O是否輸出檢測電流，若電流輸出端O未輸出檢測電流，表示旁路二極體D1、D2、D3中任一者為斷路，或是熔絲141為熔斷導致太陽能電池串111與熔絲141之間之線路為開路（open loop），使旁路二極體D1、D2、D3未產生檢測電流。基此，當控制電路13在步驟S02中判斷出電流輸出端O未輸出檢測電流時，控制電路13再進一步根據太陽能電池串111之發電變化率辨別熔絲141為熔斷且旁路二極體D1、D2、D3為正常（步驟S04），或是熔絲141為未熔斷且旁路二極體D1、D2、D3中任一者為斷路（步驟S03）。
詳細而言，當太陽能電池串111於日照下運作時，太陽能電池串111根據於日照下接收到的太陽能產生發電電流，若熔絲141熔斷，則太陽能電池串111未輸出發電電流，使太陽能電池串111之實際發電量小於一預設發電量，預設發電量係在熔絲141未熔斷時太陽能電池串111產生之實際發電量。基此，當控制電路13判斷出電流輸出端O未輸出檢測電流時，在步驟S05中，控制電路13根據太陽能電池串111的實際發電量及預設發電量計算發電變化率，發電變化率可為實際發電量比預設發電量之比值。接著，控制電路13判斷發電變化率是否小於預設比例值（步驟S05），其中預設比例值為可調整的，若判斷結果為發電變化率小於預設比例值（判斷結果為「是」），表示太陽能電池串111未受熔絲141影響而正常地輸出發電電流，控制電路13判定旁路二極體D1、D2、D3中之任一者為斷路，且控制電路13判定熔絲141為未熔斷（步驟S03）。
再者，在步驟S05中，若判斷結果為發電變化率大於或等於預設比例值（判斷結果為「否」），表示太陽能電池串111受熔絲141影響而無法正常地輸出發電電流，控制電路13判定旁路二極體D1、D2、D3皆為正常，也就是控制電路13判定旁路二極體D1、D2、D3皆無短路亦無斷路，且控制電路13判定熔絲141為熔斷（步驟S04）。基此，太陽能電池檢測系統不需分別對太陽能電池串111中之每一太陽能電池串a、b、c之旁路二極體D1、D2、D3做檢測，只對於太陽能電池串111整體做分析判斷即可，此外根據一次的檢測電壓V1輸出，可以同時對多個太陽能電池串111、112、113、114做檢測，因此節省檢測所耗費的時間與檢測系統所需的硬體成本，降低檢測系統之複雜性，大幅提升整個高頻系統的執行效率。並且，太陽能電池檢測系統可辨別熔絲141之熔斷與旁路二極體D1、D2、D3之斷路，進一步提升太陽能電池可應用之系統。
在一些實施例中，在步驟S02中，當控制電路13判斷出電流輸出端O輸出檢測電流時（判斷結果為「是」），控制電路13根據旁路二極體D1、D2、D3輸出之檢測電流的電流值判斷前述電流值是否大於預設電流值（步驟S06），其中，預設電流值為可調整的，若檢測電流的電流值大於預設電流值，表示旁路二極體D1、D2、D3任一者為短路而產生具有較大電流值之檢測電流，此時控制電路13判定旁路二極體D1、D2、D3之任一者為短路（步驟S07）；另一方面，若檢測電流的電流值小於或等於預設電流值，控制電路13判定旁路二極體D1、D2、D3皆無斷路亦無短路，即旁路二極體D1、D2、D3皆為正常（步驟S08）。
在一些實施例中，在步驟S06中，控制電路13可根據前述之電流值及預設電流值計算變化率值，控制電路13判斷變化率值是否大於預設比例值，其中，預設比例值為可調整的。若控制電路13判斷變化率值大於預設比例值，即控制電路13判定檢測電流的電流值大於預設電流值，則控制電路13判定二極體D1、D2、D3之任一者旁路二極體為短路（步驟S07）；若控制電路13判斷變化率值小於或等於預設比例值，即控制電路13判定檢測電流的電流值小於或等於預設電流值，控制電路13判定旁路二極體D1、D2、D3皆無斷路亦無短路，也就是說，旁路二極體D1、D2、D3皆為正常（步驟S08）。
在一些實施例中，以太陽能電池串111為例，若旁路二極體D1、D2、D3中之至少一者為短路，控制電路13可根據檢測電流的電流值判斷出太陽能電池串111中短路之旁路二極體D1、D2、D3的數量，例如短路數量為一、二或三。詳細而言，前述預設電流值包含第一電流值及第二電流值，且第二電流值大於第一電流值。在步驟S06中，控制電路13判斷檢測電流之電流值是否大於第二電流值，或是否位於第一電流值及第二電流值之間，或是否小於第一電流值。若判斷結果為檢測電流的電流值位於第一電流值與第二電流值之間，控制電路13判定在旁路二極體D1、D2、D3中，數量為第一數量之旁路二極體為短路（步驟S07）；若判斷結果為檢測電流的電流值大於第二電流值，控制電路13判定在旁路旁路二極體D1、D2、D3中，數量為第二數量之旁路二極體為短路（步驟S07），其中第二數量大於第一數量；若判斷結果為檢測電流的電流值小於第一電流值，控制電路13判定旁路二極體D1、D2、D3均為正常（步驟S08）。
舉例來說，請參照圖3，圖3係為根據本案之太陽能電池檢測系統之太陽能電池串111之另一實施例之示意圖。太陽能電池a、b、c依序彼此串聯，旁路二極體D1、D2、D3依序彼此串聯，且旁路二極體D1、D2、D3分別並聯於太陽能電池a、b、c。在步驟S06中，當判斷結果為電流值位於第一電流值與第二電流值之間時，第一數量數量可為一個，也就是控制電路13判斷旁路二極體D1、D2、D3之中之任一個旁路二極體為短路，例如旁路二極體D1為短路，或是旁路二極體D2為短路；當判斷結果為電流值大於第二電流值時，第一數量數量可為兩個，也就是控制電路13判斷旁路二極體D1、D2、D3之中之任兩個旁路二極體為短路，例如旁路二極體D1、D2為短路，或是旁路二極體D1、D3為短路。
在一些實施例中，如圖1所示，太陽能電池檢測系統更包含感測器15及選擇電路161，感測器15耦接於控制電路13，且選擇電路161耦接於太陽能電池串111-114、電源供應器12及控制電路13。當太陽能電池串111-114處於日照下時，太陽能電池串111-114根據於日照下接收到的太陽能產生實際發電量；而在未日照下時，太陽能電池檢測系統檢測太陽能電池串111中之旁路二極體D1-D3及太陽能電池串112-114中之旁路二極體是否短路或斷路，以防止當旁路二極體短路或斷路時，旁路二極體未正常運作因而導致太陽能電池毀損。因此，感測器15可即時或定期感測日照（步驟S09）以判斷是否感測到日照（步驟S10），當感測器15未感測到日照時，感測器15產生一通知至控制電路13，當控制電路13接收到通知時，控制選擇電路161導通選擇電路161以電性連接電源供應器12及太陽能電池串111-114（步驟S11），並接續執行步驟S01-S08，以執行對太陽能電池串111-114中之旁路二極體的檢測，並於控制電路13判斷旁路二極體為短路、斷路或是正常之後，控制電路13控制選擇電路161開路，使檢測電壓V1不再發送至太陽能電池串111-114（步驟S12）。
在一些實施例中，太陽能電池檢測系統更包含逆變器18、選擇電路162及選擇電路163，逆變器18耦接於太陽能電池串111-114，選擇電路162耦接於逆變器18、控制電路13及太陽能電池串111-114，選擇電路163耦接於電源供應器12及控制電路13。控制電路13可控制選擇電路163開路並且控制選擇電路161開路，使電源供應器12關閉以不再產生檢測電壓V1至太陽能電池串111-114，控制選擇電路162導通以電性連接太陽能電池串111-114及逆變器18之間，使太陽能電池串111-114根據太陽能產生實際發電量傳送至逆變器18，逆變器18可提供實際發電量至外部系統，例如電力公司。當感測器15未感測到日照而產生之通知至控制電路13時，控制電路13開路選擇電路162，並且導通選擇電路161、163以啟動電源供應器12，使電源供應器12產生檢測電壓V1至太陽能電池串111-114。
在一些實施例中，太陽能電池檢測系統更包含電流檢測電路171-174，電流檢測電路171-174分別依序耦接於太陽能電池串111-114之電流輸出端。舉例來說，電流檢測電路171耦接於電流輸出端O，當檢測電流自電流輸出端O輸出時，電流檢測電路171根據檢測電流的電流值產生對應的檢測值，其中檢測值為大於零之值；當檢測電流未自電流輸出端O輸出時，電流檢測電路171產生為零之檢測值，控制電路13根據檢測值判斷出電流輸出端O是否輸出檢測電流。
在一些實施例中，太陽能電池檢測系統更包含限流電阻器R1，限流電阻器R1串聯於電源供應器12，限流電阻器R1可限制電源供應器12產生之檢測電壓V1的大小，以防止至太陽能電池串111-114接收過大的檢測電壓V1而造成太陽能電池串111-114毀損。
在一些實施例中，太陽能電池檢測系統更包含阻斷二極體D4，阻斷二極體D4耦接於太陽能電池串111-114，阻斷二極體D4可防止太陽能電池串異常時產生之大電流逆灌至電源供應器12而造成電源供應器12毀損。
在一些實施例中，電源供應器12可為可程式化之電源供應器。
綜上所述，藉由太陽能電池檢測系統可檢測太陽能電池串中之旁路二極體是否短路、斷路，以防止當旁路二極體短路或斷路時，旁路二極體未正常運作因而導致太陽能電池毀損，除此之外，藉由發電變化率也可檢測耦接於太陽能電池串之電流輸出端的熔絲是否為熔斷。太陽能電池檢測系統可根據是否感測到日照以切換運作的模式，藉此，旁路二極體於未感測日照時檢測可不影響太陽能電池串於日照下之產能效率。再者，本案提供之太陽能電池檢測系統不需分別對太陽能電池串中之每一旁路二極體做檢測，也不需要分別對每一串太陽能電池串做檢測，僅需一次信號收集就可以對多串並聯之太陽能電池陣列做同時檢測，因此節省檢測所耗費的時間與檢測系統所需的硬體成本，降低檢測系統之複雜性，大幅提升整個高頻系統的執行效率。
111:太陽能電池串 112:太陽能電池串 113:太陽能電池串 114:太陽能電池串 12:電源供應器 13:控制電路 141:熔絲 142:熔絲 143:熔絲 144:熔絲 15:感測器 161:選擇電路 162:選擇電路 163:選擇電路 171:電流檢測電路 172:電流檢測電路 173:電流檢測電路 174:電流檢測電路 18:逆變器 a:太陽能電池 b:太陽能電池 c:太陽能電池 O:電流輸出端 V1:檢測電壓 R1:限流電阻器 D1:旁路二極體 D2:旁路二極體 D3:旁路二極體 D4:阻斷二極體 S01-S12:步驟
[圖1]係為根據本案之太陽能電池檢測系統之一實施例之示意圖。 [圖2]係為根據本案之太陽能電池檢測系統之太陽能電池串之一實施例之示意圖。 [圖3]係為根據本案之太陽能電池檢測系統之太陽能電池串之另一實施例之示意圖。 [圖4]係為根據本案之太陽能電池檢測系統之一實施例之流程圖。
111:太陽能電池串
112:太陽能電池串
113:太陽能電池串
114:太陽能電池串
12:電源供應器
13:控制電路
141:熔絲
142:熔絲
143:熔絲
144:熔絲
15:感測器
161:選擇電路
162:選擇電路
163:選擇電路
171:電流檢測電路
172:電流檢測電路
173:電流檢測電路
174:電流檢測電路
18:逆變器
O:電流輸出端
V1:檢測電壓
R1:限流電阻器
D4:阻斷二極體

Claims (10)

  1. 一種太陽能電池檢測系統，包含： 一太陽能電池串，包含複數太陽能電池及複數旁路二極體，該些太陽能電池彼此串接，該些旁路二極體並聯於該些太陽能電池且該些旁路二極體彼此串接； 一電源供應器，耦接於該太陽能電池串，用以產生一檢測電壓至該太陽能電池串，使該些旁路二極體具有一跨壓為該檢測電壓；及 一控制電路，耦接於該太陽能電池串，用以在該電源供應器產生該檢測電壓後判斷該些旁路二極體是否根據該檢測電壓輸出一檢測電流，若該些旁路二極體未輸出該檢測電流，該控制電路判定任一該旁路二極體為斷路，若該些旁路二極體輸出該檢測電流，該控制電路根據該檢測電流的電流值判斷該些旁路二極體為正常或任一該旁路二極體為短路。
  2. 如請求項1所述之太陽能電池檢測系統，更包含一熔絲耦接於該太陽能電池串之一電流輸出端，其中，在判斷該些旁路二極體是否輸出該檢測電流時，該控制電路判斷該電流輸出端是否輸出該些旁路二極體輸出之該檢測電流，若該太陽能電池串未輸出該檢測電流，該控制電路根據該太陽能電池串所產生之一實際發電量與一預設發電量計算一發電變化率，該控制電路判斷該發電變化率是否小於一預設比例值，若該發電變化率小於該預設比例值，該控制電路判定任一該旁路二極體為斷路。
  3. 如請求項2所述之太陽能電池檢測系統，若該發電變化率小於該預設比例值，該控制電路判定任一該旁路二極體為斷路且該熔絲為未熔斷。
  4. 如請求項2所述之太陽能電池檢測系統，其中，若該發電變化率大於該預設比例值，該控制電路判定該些旁路二極體為正常且該熔絲為熔斷。
  5. 如請求項1所述之太陽能電池檢測系統，其中，當該些旁路二極體輸出該檢測電流時，該控制電路判斷該檢測電流的電流值是否大於一預設電流值，若該檢測電流的電流值大於該預設電流值，該控制電路判定任一該旁路二極體為短路，若該檢測電流的電流值小於或等於該預設電流值，該控制電路判定該些旁路二極體均為正常。
  6. 如請求項5所述之太陽能電池檢測系統，其中，在判斷該檢測電流的電流值是否大於該預設電流值時，該控制電路根據該檢測電流的電流值與該預設電流值計算一變化率值，該控制電路判斷該變化率值是否大於一預設比例值，若該變化率值大於該預設比例值，該控制電路判定該檢測電流的電流值大於該預設電流值，若該變化率值小於或等於該預設比例值，該控制電路判定該檢測電流的電流值小於或等於該預設電流值。
  7. 如請求項5所述之太陽能電池檢測系統，其中，該預設電流值包含一第一電流值及一第二電流值，該第二電流值大於該第一電流值，若該檢測電流的電流值位於該第一電流值與該第二電流值之間，該控制電路判定一第一數量之該旁路二極體為短路，若該檢測電流的電流值大於該第二電流值，該控制電路判定一第二數量之該旁路二極體為短路，該第二數量大於該第一數量。
  8. 如請求項1所述之太陽能電池檢測系統，更包含： 一感測器，耦接於該控制電路，用以當未感測到日照時產生一通知至該控制電路；及 一選擇電路，耦接於該控制電路、該太陽能電池串及該電源供應器； 其中，該控制電路在接收到該通知時控制該選擇電路導通以電性連接該電源供應器與該太陽能電池串，使該電源供應器產生該檢測電壓至該太陽能電池串。
  9. 如請求項2所述之太陽能電池檢測系統，更包含一電流檢測電路，耦接於該電流輸出端，當該電流輸出端輸出該檢測電流時，該電流檢測電路根據該檢測電流的電流值產生對應的檢測值，當該電流輸出端未輸出該檢測電流時，該電流檢測電路產生為零之該檢測值，該控制電路根據該檢測值判斷出該電流輸出端是否輸出該檢測電流。
  10. 如請求項1所述之太陽能電池檢測系統，更包含一限流電阻器及一阻斷二極體，該限流電阻器串聯於該電源供應器，該阻斷二極體耦接於該電源供應器及該太陽能電池串之間。
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