TWM494214U - 再生能源供電系統 - Google Patents

Description

再生能源供電系統

本創作有關於再生能源，特別是有關於再生能源的供電系統。

隨著社會的發展與進步，再生能源尤其是太陽能的利用越來越受到人們的關注，其中將太陽能轉化為電能為太陽能諸多應用中的一種，而怎樣實現太陽能的高效利用就成為了亟待解決的問題之一。

傳統上，在多能源輸入的再生能源利用系統中，通常要先利用再生能源對電池進行充電，即將再生能源轉化為儲存在電池內的化學能，然後再由電池放電釋放化學能轉換成電能，最終將能量回饋給電網或者負載，其典型拓撲圖可參考圖1。圖1是以太陽能為再生能源，以二次電池為儲能裝置為例。傳統的再生能源供電系統1包括再生能源裝置10、儲能裝置11、直流/直流轉換器12、直流/交流轉換器14、切換模組15、電網16與用電設備17。再生能源裝置10產生之能量透過直流/直流轉換器12傳送至儲能裝置11。儲能裝置11的能量可以透過直流/交流轉換器14與切換模組15傳送至電網16或用電設備17。電網16的能量也可以透過切換模組15傳送至用電設備17。在此應用中所述的利用太陽能發出的電能過程中，由於太陽能板產生的直流電的電壓不穩定，需要先將電能轉化為化學能儲存在二次電池內，而這個環節既影響能源利用的高效性。同時，所用二次電池一直處在充電放電的過 程中，太陽能所轉化的能量都要經過二次電池這個環節，從而嚴重影響二次電池的使用壽命，這與我們追求的綠色環保的目的背道而馳。

有鑒於此，本創作提供了利用再生能源的混合能源供電系統。該創作可根據再生能源的有無、强弱和事先設定的供電優先順序來決定再生能源是用於回饋至電網、提供給用電設備或通過儲能裝置儲存，也可決定供電設備是由再生能源或由電網或由儲能裝置提供能量。尤其是，可將再生能源所產生的能量直接提供給用電設備而並非一定需要經過儲能裝置儲能的應用，藉此減少了不必要的能量轉換，並提高了再生能源的利用效率。

本創作實施例提供一種再生能源供電系統，包括再生能源裝置、一儲能裝置、匯流排模組、第一直流/直流模組、直流充放電模組、直流/交流模組與切換模組。匯流排模組分別電性耦接該再生能源裝置以及該儲能裝置，該匯流排模組偵測流過該匯流排模組之電流與電壓，該匯流排模組依據偵測結果控制通過該匯流排模組的能量所傳遞的方向。第一直流/直流模組電性耦接於再生能源裝置與匯流排模組之間。直流充放電模組電性耦接於儲能裝置與匯流排模組之間，用以對儲能裝置充放電。切換模組電性耦接直流/交流模組，且用以電性耦接電網以及用電設備，切換模組傳送來自於該直流/交流模組或該電網的能量至該用電設備。直流/交流模組電性耦接匯流排模組。再生能源裝置所產生的能量被提供至儲能裝置或該直流/交流模組。

綜上所述，本創作實施例所提供的再生能源供電系統可以透過對匯流排模組電壓和能量的檢測與控制，以控制能量的流動方向，從而同時提高了再生能源與非再生能源的利用效率。

為使能更進一步瞭解本創作之特徵及技術內容，請參閱以下 有關本創作之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本創作，而非對本創作的權利範圍作任何的限制。

1‧‧‧傳統的再生能源供電系統

10、20‧‧‧再生能源裝置

11、21‧‧‧儲能裝置

12‧‧‧直流/直流轉換器

14‧‧‧直流/交流轉換器

15、25‧‧‧切換模組

16、26‧‧‧電網

17、27‧‧‧用電設備

2‧‧‧再生能源供電系統

22‧‧‧匯流排模組

231‧‧‧第一直流/直流模組

232‧‧‧第二直流/直流模組

233‧‧‧第三直流/直流模組

24‧‧‧直流/交流模組

a、b、c、d‧‧‧連接端

C1、C2‧‧‧電容

圖1為傳統的再生能源供電系統之示意圖。

圖2是本創作實施例之再生能源供電系統之示意圖。

圖3至圖14是本創作實施例之再生能源供電系統的工作狀態示意圖。

本創作提供一種再生能源供電系統及其供電方法，通過此系統，可以將太陽能等再生能源回饋給電網或者輸出能量給用電設備或者給二次電池等儲能裝置充電。根據不同的應用情況，用電設備可由電網供電也可由再生能源和儲能裝置供電。同樣儲能裝置也可由電網充電或再生能源充電。本系統由於不需要將可再生能源首先存儲到儲能裝置或回饋到電網，可直接提供給用電設備，從而提高再生能源的利用效率。由於此供電系統可由多種能源供電，所以可以避免由於再生能源的不穩定而造成的輸出不穩定，防止了隨天氣和時間的變化而使用電設備的正常工作受到影響。

請參照圖2，圖2是本創作實施例之再生能源供電系統之示意圖。本創作之再生能源供電系統2主要包括：再生能源裝置20、儲能裝置21、匯流排模組22、第一直流/直流模組231、第二直流/直流模組232、第三直流/直流模組233、直流/交流模組24、切換模組25、電網26與用電設備27。再生能源裝置20、儲能裝置21、電網26與用電設備27分別具有連接端a、b、c、d。

再生能源裝置20透過連接端a電性耦接第一直流/直流模組231。第一直流/直流模組231電性耦接至匯流排模組22。儲能裝 置21透過連接端b電性耦接第二直流/直流模組232與第三直流/直流模組233。第二直流/直流模組232與第三直流/直流模組233分別電性耦接匯流排模組22。直流/交流模組24電性耦接匯流排模組22與切換模組25。電網26透過連接端c電性耦接切換模組25。用電設備27透過連接端d電性耦接切換模組25。

在本實施例中，再生能源裝置20主要以太陽能裝置為例來進行介紹，但本創作並不因此限定。第一直流/直流模組231通常為升壓模組，且當再生能源裝置20為太陽能裝置時，第一直流/直流模組231主要實現最大功率追踪(MPPT)的功能。然而，在太陽能裝置產生的直流源電壓大於匯流排模組22的電壓時，可藉由直流/交流模組24或第二直流/直流模組232的控制來實現最大功率追踪。在這樣的應用中，可以不需要第一直流/直流模組231或者第一直流/直流模組231在此工作狀態時不起作用。

匯流排模組22為各方能量連接的關鍵環節，並且匯流排模組22的電壓為相對穩定。第一直流/直流模組231可以將再生能源裝置20所產生的能傳送到匯流排模組22，匯流排模組22透過第二直流/直流模組232或第三直流/直流模組233可吸收儲能裝置21的能量或提供能量到儲能裝置21。匯流排模組22可透過直流/交流模組24從電網26吸收能量或提供能量給電網26。匯流排模組22也可透過直流/交流模組24提供能量到用電設備27。如此，減少了太陽能供電(或其他再生能源供電)情況下要先將能量轉化為化學能的環節(不必要的中間環節)，藉此提高了太陽能(或其他再生能源)的利用效率，同時實現了不同應用條件下能量流向的靈活控制。

依據上述，匯流排模組22為能量流動的樞紐，且可以為單匯流排模組或雙匯流排模組。對於不同的匯流排模組22的結構各模組可有相應的不同的拓撲。例如：當採用單匯流排模組時，直流/交流模組24可以使用全橋逆變器，而採用雙匯流排模組時，直流 /交流模組24可以使用半橋逆變器。

第二直流/直流模組232和第三直流/直流模組233主要實現對儲能裝置21的充放電。對於非隔離應用(即儲能裝置21和匯流排模組22未經過隔離)，第二直流/直流模組232和第三直流/直流模組233可以整合為一個能量雙向流動的電路，此時可只用一個直流充放電模組。然而，對於隔離型應用，通常用兩個直流/直流模組：第二直流/直流模組232為充電直流/直流模組，用於給儲能裝置21充電，第三直流/直流模組233為放電直流/直流模組，用於將儲能裝置21的能量提供到匯流排模組22。儲能裝置21通常是二次電池，例如：鋰電池、鎳氫電池或鎳鎘電池。

直流/交流模組24為能量雙向流動的電路，可根據來自於再生能源裝置20的能量强弱及電網26的連接情況決定是將匯流排模組22上的直流電轉化為交流電直接併入電網26或者是將電網26上的交流電轉化為直流電送入匯流排模組22然後對儲能裝置21進行充電。若直流/交流模組24設計為能量單相傳輸的電路，則再生能源供電系統2只能回饋能量到電網26或供電給用電設備27，而不能將電網26的能量提供給儲能裝置21充電。

切換模組25主要實現控制交流部分能量的供給狀況，切換模組25通常是繼電器(relay)。第一種情況是直流/交流模組24將直流與交流兩側斷開，用電設備27由電網26直接供電，匯流排模組22上的能量對儲能裝置21進行充電；第二種情況是將電網26斷開，匯流排模組22經由直流/交流模組24提供能量給用電設備；第三種情況是將用電設備27斷開，直流/交流模組24和電網26相連，電網26可以提供電功率(能量)到儲能裝置21或吸收來自於再生能源裝置20或儲能裝置21的能量；第四種情況為直流/交流模組24、電網26、用電設備27連接在一起，用電設備27所需的電壓和電網26的電壓一樣，直流/交流模組24可以提供能量到用電設備27或回饋能量到電網26，直流/交流模組24也可以從電網 26吸收能量用以給儲能裝置21充電；第五種情況是直流/交流模組24、電網26、用電設備27之間皆彼此斷開，在交流電的部分沒有能量的相互流動。

在某些應用中，並非以上所有的模組都必須的。例如，如果此系統不需要回饋到電網26，或從電網26供電，那麽電網26的連接端c以及與電網26以及切換模組25就可以省去。換句話說，直流/交流模組24可以直接連接用電設備27。

請同時參照圖2至圖14，基於前面的敘述，圖2的再生能源供電系統2可以有多種工作狀態，圖3至圖14即是本實施例之再生能源供電系統2在各種工作狀態的示意圖。值得注意的是，圖3至圖14中的箭頭方向即是能量傳遞的方向。如圖3所示，再生能源裝置20產生的能量透過第一直流/直流模組231、匯流排模組22與第二直流/直流模組232提供給儲能裝置21充電。如圖4所示，再生能源裝置20產生的能量透過第一直流/直流模組231、匯流排模組22與直流/交流模組24傳送至電網26。此時，切換模組25將直流/交流模組24與電網26電性耦接。

如圖5所示，電網26的能量透過直流/交流模組24、匯流排模組22與第二直流/直流模組232傳送至儲能裝置21，以對儲能裝置21充電。如圖6所示，電網26也可以直接對用電設備27供電。此時，切換模組25將電網26與用電設備27電性耦接，並將包括電網26與用電設備27的交流側與包括直流/交流模組24的直流側隔離。

如圖7所示，儲能裝置21可以透過第三直流/直流模組233、匯流排模組22與直流/交流模組24對用電設備27供電。此時，切換模組25將直流/交流模組24與用電設備27電性耦接。

如圖8所示，再生能源裝置20所產生的能量透過第一直流/直流模組231、匯流排模組22傳送至直流/交流模組24，以將能量轉化為交流電。此時，切換模組25將直流/交流模組24、電網26 與用電設備27電性耦接。在這種工作狀態，直流/交流模組24與電網26可以一起對用電設備27供電。當由再生能源裝置20產生並轉化為交流電的能量超過用電設備27所需能量時，剩餘的能量可以被送入電網26。當由再生能源裝置20產生並轉化為交流電的能量不足以供給用電設備27時，不足的那部分能量可以由電網26提供。

如圖9所示，再生能源裝置20所產生的能量可以透過第一直流/直流模組231傳送至匯流排模組22，再經由第二直流/直流模組232對儲能裝置21進行充電。如果能量有剩餘，則可將剩餘的能量併入電網26。如果用來對儲能裝置21充電的能量不足，則電網26可提供能量以補足不足的部份。

請同時參照圖10與圖11，再生能源裝置20所產生的能量可以透過第一直流/直流模組231傳送到匯流排模組22，再傳送至直流/交流模組24以負責對用電設備27供電。如果直流/交流模組24可以供電的能量過剩，則將剩餘能量對儲能裝置21充電。反之，如果直流/交流模組24可以供電的能量不足以對用電設備27供電，則儲能裝置21可以放電以補足不足的部份。

如圖12所示，電網26可以供電給用電設備27，且電網26的能量也可以透過直流/交流模組24、匯流排模組22與第二直流/直流模組232對儲能裝置21充電。

如圖13所示，再生能源裝置20所產生的能量透過第一直流/直流模組231傳送至匯流排模組22，且此能量經由第二直流/直流模組232對儲能裝置21進行充電。在此同時，若有剩餘的能量，則將剩餘的能量傳送至直流/交流模組24並轉換成滿足併網要求的交流電對用電設備27供電。若仍有剩餘能量，則此勝於能量可被併入電網26。相反地，若直流/交流模組24所提供的交流電並不足以對用電設備27供電，則用電設備27所需的能量由電網26補充。另外，若再生能源裝置20所產生的能量不足以對儲能裝置 21充電，則電網26的能量可以透過直流/交流模組24傳送至匯流排模組22，以讓再生能源裝置20與電網26的能量一起對儲能裝置21充電。

如圖14所示，再生能源裝置20所產生的能量透過第一直流/直流模組231傳送至匯流排模組22，再經由第二直流/直流模組232對儲能裝置21充電。在此同時，電網26供電給用電設備27。

依據圖3至圖14對於再生能源供電系統2在各種工作狀態的描述，再生能源供電系統2可根據再生能源的有無、强弱和事先設定的供電優先順序來決定再生能源是用於回饋至電網26、提供給用電設備27或由儲能裝置21儲存，也可決定提供能量的供電設備是再生能源裝置20或由電網26或由儲能裝置21。對於不同的應用狀態，再生能源供電系統2可以在上述的工作狀態之間自動切換，例如：透過匯流排模組22的檢測與控制電路或者上述的各個元件可具有控制電路以判斷上述的工作狀態。或者，也可由外部的控制電路(未圖示)統一控制再生能源供電系統2各個元件的工作與切換。本領域具有通常知識者可輕易推知控制電路的實施方式，不再贅述。

〔實施例的可能功效〕

根據本創作實施例，上述的再生能源供電系統可以透過對匯流排模組電壓和能量的檢測與控制，以控制能量的流動方向，從而同時提高了非再生能源的利用效率。另外，由於不需要將可再生能源首先存儲到儲能元件或回饋到電網，再生能源可直接提供給用電設備，從而提高再生能源的利用效率。此供電系統可由多種能源供電，所以可以避免由於可再生能源的不穩定而造成的輸出不穩定，防止了隨天氣和時間的變化而使用電設備的正常工作受到影響。

以上所述僅是本創作之實施例，其並非用以侷限本創作之專利範圍。

2‧‧‧再生能源供電系統

20‧‧‧再生能源裝置

21‧‧‧儲能裝置

22‧‧‧匯流排模組

231‧‧‧第一直流/直流模組

232‧‧‧第二直流/直流模組

233‧‧‧第三直流/直流模組

24‧‧‧直流/交流模組

25‧‧‧切換模組

26‧‧‧電網

27‧‧‧用電設備

a、b、c、d‧‧‧連接端

C2‧‧‧電容

Claims (10)

1. 一種再生能源供電系統，包括：一再生能源裝置；一儲能裝置；一匯流排模組，分別電性耦接該再生能源裝置以及該儲能裝置，該匯流排模組偵測流過該匯流排模組之電流與電壓，該匯流排模組依據偵測結果控制通過該匯流排模組的能量所傳遞的方向，該匯流排模組更包括一檢測與控制電路，用以檢測該匯流排模組的電壓與流過該匯流排模組的能量，並據此控制該再生能源供電系統的工作狀態；一第一直流/直流模組，電性耦接於該再生能源裝置與該匯流排模組之間；一直流充放電模組，電性耦接於該儲能裝置與該匯流排模組之間，用以對該儲能裝置充放電；一直流/交流模組，電性耦接該匯流排模組；以及一切換模組，電性耦接該直流/交流模組，且用以電性耦接一電網以及一用電設備，該切換模組傳送來自於該直流/交流模組或該電網的能量至該用電設備；其中，該再生能源裝置所產生的能量透過該匯流排模組被提供至該儲能裝置或該直流/交流模組，而該直流/交流模組為能量雙向流動的電路，根據來自於該再生能源裝置的能量强弱及該電網的連接情況，以決定將該匯流排模組上的直流電轉化為交流電直接併入該電網，或是將該電網上的交流電轉化為直流電送入該匯流排模組，並對該儲能裝置進行充電。
2. 如申請專利範圍第1項所述之再生能源供電系統，其中該直流充放電模組更包括：一第二直流/直流模組，電性耦接於該儲能裝置與該匯流排模 組之間，用以對該儲能裝置充電；以及一第三直流/直流模組，電性耦接於該儲能裝置與該匯流排模組之間，用以將該儲能裝置之能量提供至該匯流排模組。
3. 如申請專利範圍第1項所述之再生能源供電系統，其中該匯流排模組為能量流動的樞紐，且為一單匯流排模組或一雙匯流排模組，當該匯流排模組為該單匯流排模組時，該直流/交流模組係使用全橋逆變器，而當該匯流排模組為該雙匯流排模組時，該直流/交流模組係使用半橋逆變器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之再生能源供電系統，其中該第一直流/直流模組為一升壓模組，且當該再生能源裝置為太陽能裝置時，該第一直流/直流模組用以實現最大功率追踪(MPPT)的功能。
5. 如申請專利範圍第1項所述之再生能源供電系統，其中該儲能裝置為一鋰電池、一鎳氫電池或一鎳鎘電池，而該切換模組為一繼電器(relay)，該切換模組用以實現控制交流部分能量的供給狀況。
6. 如申請專利範圍第1項所述之再生能源供電系統，其中該直流/交流模組將直流與交流兩側斷開，該用電設備由該電網直接供電，該匯流排模組上的能量對該儲能裝置進行充電。
7. 如申請專利範圍第1項所述之再生能源供電系統，其中將該電網斷開，該匯流排模組經由該直流/交流模組提供能量給該用電設備。
8. 如申請專利範圍第1項所述之再生能源供電系統，其中將該用電設備斷開，該直流/交流模組和該電網相連，該電網用以提供能量到該儲能裝置或吸收來自於該再生能源裝置或該儲能裝置的能量。
9. 如申請專利範圍第1項所述之再生能源供電系統，其中該直流/交流模組、該電網及該用電設備連接在一起，該用電設備所需 的電壓相同於該電網的電壓，該直流/交流模組用以提供能量到該用電設備或回饋能量到該電網，該直流/交流模組從該電網吸收能量以對該儲能裝置充電。
10. 如申請專利範圍第1項所述之再生能源供電系統，其中該直流/交流模組、該電網及該用電設備之間皆彼此斷開，在交流電的部分沒有能量的相互流動。