TWM547776U - 再生能源發電系統控制器裝置 - Google Patents

Description

再生能源發電系統控制器裝置

本新型是有關於一種再生能源發電系統控制器裝置，且特別是有關於一種具有切換通訊連接與電力轉換模組控制之功能的再生能源發電系統控制器裝置。

因應傳統發電所造成之環境污染及氣候改變的問題，現今許多國家已將開發利用再生能源來發電的技術列為主要政策之一。再生能源包含太陽能、水力、風力、潮汐和地熱等，而在這些再生能源中，又以太陽能最被廣泛使用為發電。另一方面，利用再生能源的發電系統主要可分為集中式系統和分散式系統等兩大系統。集中式系統的架構較為簡單，但其常因為受到例如遮陰效應、發電單元劣化和/或匹配不佳等影響而造成系統發電效率降低。另一方面，在分散式系統中，每一發電模組串連功率優化器，又稱為直流/直流轉換器(DC/DC converter)，因此分散式系統可進行模組階層的最大功率點追蹤(maximum power point tracking；MPPT)。然而，習知分散式系統的參數設定流程較為複雜，且缺乏開放的控制環境，其不易與不同的控制架構整合。此外，在習知分散式系統中，控制器裝置的運作電力來源為市電電網，其造成發電系統配置不便的問題。

為解決上述問題，本新型提出一種再生能源發電系統控制器裝置，其具有切換通訊連接與電力轉換模組控制的功能，使得使用者可透過無線通訊設備(例如智慧型手機等)與此再生能源發電系統控制器裝置通訊連接來設定發電系統的參數，因而可便利系統的參數設定流程及縮短參數設定的時間，且可與不同的控制架構整合。此外，本新型之再生能源發電系統控制器裝置亦可選擇以發電模組或用以儲存發電模組輸出之電能的電池組作為為供其運作的電源，因而可簡化發電系統的配置。

本新型之一態樣是在提供一種再生能源發電系統控制器裝置，此再生能源發電系統控制器裝置包含印刷電路板、多個第一電力控制埠、第二電力控制埠、無線通訊模組、控制模組和第一切換單元。此些第一電力控制埠與第二電力控制埠分別設置於印刷電路板上且適於耦接電力轉換模組。無線通訊模組設置於印刷電路板上，此無線通訊模組用以與無線通訊設備通訊連接。控制模組設置於印刷電路板上且耦接此些第一電力控制埠，此控制模組用以經由此些第一電力控制埠接收耦接此些第一電力控制埠之一或多者之第一電力轉換模組的電力資訊且分別傳輸一或多個調控訊號至此一或多個第一電力轉換模組。第一切換單元設置於印刷電路板上且耦接第二電力控制埠、無線通訊模組與控制模組，此第一切換單元用以使第二電力控制埠與無線通訊模組中之一者耦接控制模組。

依據本新型之一實施例，在第一切換單元使第二電力控制埠耦接控制模組的條件下，上述控制模組用以經由第二電力控制埠接收耦接第二電力控制埠中之第二電力轉換模組的電力資訊且傳輸第二調控訊號至第二電力轉換模組。

依據本新型之又一實施例，在第一切換單元使無線通訊模組耦接控制模組的條件下，上述控制模組用以將此一或多個第一電力轉換模組之電力資訊經由無線通訊模組傳輸至無線通訊設備。

依據本新型之又一實施例，在第一切換單元使無線通訊模組耦接該控制模組的條件下，上述控制模組更用以經由無線通訊模組從無線通訊設備接收用於設定此一或多個第一電力轉換模組之參數資訊。

依據本新型之又一實施例，上述再生能源發電系統控制器裝置更包含通訊埠，此通訊埠設置於印刷電路板上且電性耦接控制模組，此通訊埠適於有線通訊連接計算機設備且將電力資訊傳輸至計算機設備。

依據本新型之又一實施例，上述無線通訊模組為藍牙(Bluetooth)模組或無線區域網路模組。

依據本新型之又一實施例，上述第一切換單元為跳線座及跳線帽。

依據本新型之又一實施例，上述再生能源發電系統控制器裝置更包含第一電源輸入埠、第二電源輸入埠和第二切換單元。第一電源輸入埠設置於印刷電路板上，此第一電源輸入埠適於從電池組接收電力。第二電源輸入埠設置 於印刷電路板上，此第二電源輸入埠適於從耦接此一或多個第一電力轉換模組的光伏模組接收電力。

依據本新型之又一實施例，上述第二切換單元為跳線座及跳線帽。

依據本新型之又一實施例，上述再生能源發電系統控制器裝置更包含計時器單元和計時器訊號輸出埠。計時器單元設置於印刷電路板上，此計時器單元用以提供控制模組工作所需之時脈訊號。計時器訊號輸出埠設置於印刷電路板上，此計時器訊號輸出埠適於提供時脈訊號至外部裝置。

100‧‧‧再生能源發電系統控制器裝置

102‧‧‧印刷電路板

110‧‧‧控制模組

122、124‧‧‧電源輸入埠

130‧‧‧無線通訊模組

132‧‧‧通訊埠

142、144‧‧‧按鈕

150‧‧‧計時器單元

152‧‧‧計時器訊號輸出埠

200‧‧‧流程圖

202、204、206、208、210、212、214‧‧‧步驟

300‧‧‧發電系統

310A、310B‧‧‧光伏模組

320A、320B‧‧‧直流/直流轉換器

330‧‧‧控制器裝置

340‧‧‧電池組

352‧‧‧計時器

354、356‧‧‧切換器

360‧‧‧直流負載

370‧‧‧直流/交流轉換器

380‧‧‧交流負載

L1~L4‧‧‧指示燈

PV1~PV5‧‧‧電力控制埠

SW1~SW2‧‧‧切換單元

為了更完整了解實施例及其優點，現參照結合所附圖式所做之下列描述，其中：〔圖1〕係繪示依據本新型實施例之再生能源發電系統控制器裝置的示意圖；〔圖2〕係繪示利用本新型實施例之再生能源發電系統控制器裝置進行發電系統監控的流程圖；〔圖3A〕係繪示依據一些實施例之發電系統的示意圖；以及〔圖3B〕係繪示依據另一些實施例之發電系統的示意圖。

以下仔細討論本新型的實施例。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的新型概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本新型之範圍。

在本文中所使用之「第一」和「第二」等詞，並非指稱特定次序或順位，亦非用以限定本案，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件。

在本文中所使用之「耦接」一詞，可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，而「耦接」還可指二或多個元件相互操作或動作。

請參照圖1，圖1係繪示依據本新型實施例之再生能源發電系統控制器裝置100的示意圖。在再生能源發電系統控制器裝置100中，供電電壓為12V~60V，系統操作電壓為3.3V，可控制的電力轉換模組個數為4個(外加與外部無線通訊設備通訊連接)或5個(將於後續段落說明)，且平均功耗為4W~5W。在不同實施例中，再生能源發電系統控制器裝置100可以有不同的規格。如圖1所示，再生能源發電系統控制器裝置100中的各元件可設置於印刷電路板102上。

控制模組110經由電力控制埠PV1~PV4電性連接至與電力控制埠PV1~PV4連接的電力轉換模組，其用以對與電力控制埠PV1~PV4連接的電力轉換模組進行監控和/或調控。此些電力轉換模組可以是直流/直流轉換器(DC/DC converter)，其分別用以取得耦接之發電模組 (例如太陽能發電模組或光伏模組、風力發電模組等)的電壓和電流資訊以及調整此些發電模組的輸出功率。在一些實施例中，控制模組110具有最大功率點追蹤(maximum power point tracking；MPPT)運算功能，其用以對電力轉換模組提供的電流資訊和電壓資訊來進行最大功率點追蹤運算並據以產生調控訊號，且接著透過電力控制埠PV1~PV4運算結果輸出調控訊號至對應的電力轉換模組，以分別控制此些發電模組的輸出電壓至最大功率點電壓來達到最大功率的輸出。

電源輸入埠122、124用以從外部電源接收再生能源發電系統控制器裝置100工作所需之電力，其中電源輸入埠122可耦接其中一發電模組，而電源輸入埠124可耦接後端之電池組(其用以儲存發電模組所輸出之電能)，但本新型並不以此為限。切換單元SW1用以控制由何種電源提供電力至再生能源發電系統控制器裝置100以供其運作。切換單元SW1可以是例如跳線座及跳線帽、電晶體等元件或是其他具有開關切換功能的元件。在切換單元SW1為跳線座及跳線帽之實施例中，跳線座及跳線帽至少具有兩種不同的對應組態，其分別對應電源輸入埠122輸入電力至再生能源發電系統控制器裝置100的態樣和電源輸入埠124輸入電力至再生能源發電系統控制器裝置100的態樣。使用者可依據使用需求來改變切換單元SW1的組態。舉例而言，若是選擇由發電模組提供電力至再生能源發電系統控制器裝置100，則跳線帽不接上跳線座，且發電模組耦接至電源輸入 埠122。相對地，若是選擇由電池組提供電力至再生能源發電系統控制器裝置100，則跳線帽接上跳線座，且發電模組不耦接至電源輸入埠122。若是再生能源發電系統控制器裝置100已從外部電源接收電力，則指示燈L1亮起，以提示使用者再生能源發電系統控制器裝置100接收外部電源提供的電力。

無線通訊模組130可利用任何無線通訊技術(例如藍牙、WiFi、紅外線等)或有線通訊技術(例如USB、UART、雙絞線、同軸纜線)方式與無線通訊設備進行資料傳輸，此無線通訊設備可以是行動裝置、智慧型手錶、個入電腦或是其他具備透過無線方式進行資料傳輸功能的設備。以藍牙傳輸為例，無線通訊模組130可與計算機設備進行配對，且在配對完成後，無線通訊模組130可與計算機設備在可連接範圍內直接進行資料傳輸。

在一些實施例中，再生能源發電系統控制器裝置100更包含通訊埠132，其設置於印刷電路板102上且電性耦接控制模組110。通訊埠132作為有線通訊傳輸的接口，其適於透過例如USB傳輸線、雙絞線、同軸纜線等有線傳輸元件與計算機設備有線通訊連接並將電力資訊傳輸至計算機設備，但不限於此。

切換單元SW2耦接電力控制埠PV5和無線通訊模組130，其用以使電力控制埠PV5或者無線通訊模組130耦接控制模組110。相似地，切換單元SW2可以是例如跳線座及跳線帽、電晶體等元件或是其他具有開關切換功能的元 件。在其他實施例中，切換單元SW2可以軟體方式實現，其可藉由控制模組110來執行。在切換單元SW2為跳線之實施例中，跳線座及跳線帽至少具有兩種不同的組態，其分別對應電力控制埠PV5耦接控制模組110的態樣和無線通訊模組130耦接控制模組110的態樣。舉例而言，若欲透過無線通訊模組130與無線通訊設備進行資料傳輸(例如將電力轉換模組的電力資訊傳輸至無線通訊設備)，則將跳線帽以一連接形態接上跳線座的部份接腳。相對地，若是不使用無線通訊模組130，或是欲對與電力控制埠PV5連接的電力轉換模組進行監控和/或調控，則將跳線帽以另一連接形態接上跳線座的部份接腳。

指示燈L2電性連接無線通訊模組130，其用以提示無線通訊模組130的狀態。在無線通訊模組130為藍牙模組的實施例中，指示燈L2顯示的燈號對應不同的通訊連接狀態。舉例而言，在一些實施例中，指示燈L2每秒閃爍一次對應無線通訊模組130尚未與無線通訊設備通訊連接成功，指示燈L2每秒閃爍兩次對應無線通訊模組130正在與無線通訊設備進行配對或建立通訊連接，且指示燈L2未閃爍而保持常亮狀態對應無線通訊模組130與無線通訊設備通訊連接成功。

在無線通訊設備為智慧型手機的例子中，智慧型手機可開啟應用程式來設定與無線通訊模組的通訊連接，並於連接成功後，應用程式進入設定介面，且顯示各個電力轉換模組的電力資訊。而在電力轉換模組的參數設定 上，使用者可選擇載入預設的參數，或是輸入新的參數，且接著智慧型手機可將預設參數或是新的參數至對應的電力轉換模組。

在電力轉換模組載入參數完成後，指示燈L3亮起，其代表系統已經準備好進行供電步驟。此時，系統的預設模式為預設模式為自動開機模式，且在自動開機模式下，系統會自動偵測當前發電模組的開機電壓。在發電模組為太陽能發電模組的實施例中，當系統的開路電壓高於設定值時，指示燈L4亮起，表示目前的照度足以供發電系統正常運作，且同時控制模組110也開始傳輸調控訊號至對應的電力轉換模組，使發電系統開始進入發電階段。

另外，在需要緊急停止發電並停止自動開機的功能時，使用者可按壓按鈕142，使系統停止發電運作且關閉自動開機的功能，經過數秒後系統完成關機步驟。若欲重新啟動自動開機功能，使用者可按壓按鈕144來重啟自動開機的功能。

計時器單元150用以提供控制模組110進行工作所需之時脈訊號。在一些實施例中，計時器單元150更可經由計時器訊號輸出埠152輸出時脈訊號至外部繼電器來控制外部切換器的開關狀態，以控制儲存電力輸出至直流負載和/或交流負載。

圖2繪示利用本新型實施例之再生能源發電系統控制器裝置進行發電系統監控的流程圖200。圖2之流程圖200適用於圖1之再生能源發電系統控制器裝置100或其 他相似的再生能源發電系統控制器裝置。以下有關流程圖200中的各步驟係以圖1之再生能源發電系統控制器裝置100為例來說明(再生能源發電系統控制器裝置100中的切換單元SW2切換為使無線通訊模組130耦接控制模組110)。

在流程圖200中，首先進行步驟202，使再生能源發電系統控制器裝置100分別經由電源輸入埠122、124連接電池組和光伏模組。接著，進行步驟204，改變切換單元SW2的組態，以決定電池組或者光伏模組電性連接印刷電路板102，即決定電池組和光伏模組中的何者對再生能源發電系統控制器裝置100進行供電。

之後，進行步驟206，控制模組110判別是否需設定光伏參數。若是，則進行步驟208；若否，則進行步驟210。

在步驟208中，控制模組110透過無線通訊模組130從外部裝置取得光伏參數；在步驟210中，控制模組110載入預設的光伏參數。

在步驟212中，控制模組110確認光伏參數是否載入完成。光伏參數載入完成後，接著進行步驟214，發電系統開始供電。

圖3A繪示依據一些實施例之發電系統300的示意圖。發電系統300可以是綠能發電系統，例如太陽能發電系統、風力發電系統等，但不限於此。以下係以太陽能發電系統為例說明。在發電系統300中，光伏模組310A、310B 用以將光能轉換為電能並以直流電力輸出，而直流/直流轉換器320A、320B分別用以取得光伏模組310A、310B的電壓和電流資訊以及調整光伏模組310A、310B的輸出功率。控制器裝置330可以是圖1之再生能源發電系統控制器裝置100，其用以從直流/直流轉換器320A、320B接收光伏模組310A、310B的電壓和電流資訊，且對光伏模組310A、310B的電壓和電流資訊進行運算而產生調控訊號，並分別輸出調控訊號至直流/直流轉換器320A、320B，藉以控制光伏模組310A、310B的輸出功率。在一些實施例中，控制器裝置330對光伏模組310A、310B的電壓和電流資訊進行最大功率追蹤運算，以計算出當前條件下的最大功率點電壓，並產生調控訊號且輸出調控訊號至直流/直流轉換器320A、320B，藉以控制光伏模組310A、310B的輸出電壓至此最大功率點電壓來達到最大功率的輸出。此外，在一些實施例中，控制器裝置330整合包含充電控制與電量估測的電量管理系統，其可延長電池組340的使用壽命並提供使用者電池組340的運作狀況資訊。

電池組340用以儲存光伏模組310A、310B所輸出的電能並將其儲存的電能輸出至直流負載360和/或交流負載380。電池組340可以是任何適於儲存和提供電能的電能儲存裝置，例如磷酸鋰鐵電池。計時器352用以輸出時脈訊號至切換器354、356，以控制切換器354、356的開關狀態。若是切換器354為導通狀態，則電池組340可將電能輸出至直流負載360。此外，若是切換器356為導通狀態， 則電池組340可將電能輸出至直流/交流轉換器(DC/AC converter)370，且直流/交流轉換器370將直流電能轉換為交流電能後輸出至交流負載380。

圖3B繪示依據另一些實施例之發電系統300的示意圖。發電系統300'與圖3A之發電系統300的差別在於，在發電系統300'中，用以控制切換器354、356的開關狀態的時脈訊號是由控制器裝置330中的計時器單元所輸出，而在發電系統300'中，用以控制切換器354、356的開關狀態的時脈訊號是由額外的計時器352所輸出。在一些實施例中，控制器裝置330另可耦接繼電器，其藉由控制繼電器來改變切換器354、356的開關狀態。

應注意的是，圖3A、3B所示之發電系統300、300'僅為示例，其非用以限制本文的範圍。舉例而言，發電系統300、300'可具有多個控制器裝置，且每一控制器裝置可耦接兩個或多個串連發電模組的直流/直流轉換器。此外，在一些實施例中，發電系統300、300'另可包含逆變器，其用以將光伏模組310A、310B提供的直流電壓轉換為交流電壓，以將電力輸入至電網使用。

雖然本新型已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本新型的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧再生能源發電系統控制器裝置

102‧‧‧印刷電路板

110‧‧‧控制模組

122、124‧‧‧電源輸入埠

130‧‧‧無線通訊模組

132‧‧‧通訊埠

142、144‧‧‧按鈕

150‧‧‧計時器單元

152‧‧‧計時器訊號輸出埠

L1~L4‧‧‧指示燈

PV1~PV5‧‧‧電力控制埠

SW1~SW2‧‧‧切換單元

Claims (10)

1. 一種再生能源發電系統控制器裝置，包含：一印刷電路板；複數個第一電力控制埠與一第二電力控制埠，分別設置於該印刷電路板上，每一該些第一電力控制埠與該第二電力控制埠適於耦接一電力轉換模組；一無線通訊模組，設置於該印刷電路板上，該無線通訊模組用以與一無線通訊設備通訊連接；一控制模組，設置於該印刷電路板上且耦接該些第一電力控制埠，該控制模組用以經由該些第一電力控制埠接收耦接該些第一電力控制埠中之一或多者之第一電力轉換模組之電力資訊且分別傳輸一或多個第一調控訊號至該一或多個第一電力轉換模組；以及一第一切換單元，設置於該印刷電路板上且耦接該第二電力控制埠、該無線通訊模組與該控制模組，該第一切換單元用以使該第二電力控制埠與該無線通訊模組中之一者耦接該控制模組。
2. 如申請專利範圍第1項所述之再生能源發電系統控制器裝置，其中：在該第一切換單元使該第二電力控制埠耦接該控制模組的條件下，該控制模組用以經由該第二電力控制埠接收耦接該第二電力控制埠中之一第二電力轉換模組之電力資訊且傳輸一第二調控訊號至該第二電力轉換模組。
3. 如申請專利範圍第1項所述之再生能源發電系統控制器裝置，其中：在該第一切換單元使該無線通訊模組耦接該控制模組的條件下，該控制模組用以將該一或多個第一電力轉換模組之電力資訊經由該無線通訊模組傳輸至該計算機設備。
4. 如申請專利範圍第3項所述之再生能源發電系統控制器裝置，其中：在該第一切換單元使該無線通訊模組耦接該控制模組的條件下，該控制模組更用以經由該無線通訊模組從該計算機設備接收用於設定該一或多個第一電力轉換模組之參數資訊。
5. 如申請專利範圍第1項所述之再生能源發電系統控制器裝置，更包含：一通訊埠，設置於該印刷電路板上且電性耦接該控制模組，該通訊埠適於有線通訊連接一計算機設備且將該電力資訊傳輸至該計算機設備。
6. 如申請專利範圍第1項所述之再生能源發電系統控制器裝置，其中該無線通訊模組係一藍牙(Bluetooth)模組或一無線區域網路模組。
7. 如申請專利範圍第1項所述之再生能源發電系統控制器裝置，其中該第一切換單元係一跳線座及一跳線帽。
8. 如申請專利範圍第1項所述之再生能源發電系統控制器裝置，更包含：一第一電源輸入埠，設置於該印刷電路板上，該第一電源輸入埠適於從一電池組接收電力；一第二電源輸入埠，設置於該印刷電路板上，該第二電源輸入埠適於從耦接該一或多個第一電力轉換模組之光伏模組接收電力；以及一第二切換單元，設置於該印刷電路板上，該第二切換單元用以使該第一電源輸入埠與該第二電源輸入埠之一者電性連接該印刷電路板。
9. 如申請專利範圍第8項所述之再生能源發電系統控制器裝置，其中該第二切換單元係一跳線座及一跳線帽。
10. 如申請專利範圍第1項所述之再生能源發電系統控制器裝置，更包含：一計時器單元，設置於該印刷電路板上，該計時器單元用以提供該控制模組工作所需之時脈訊號；以及一計時器訊號輸出埠，設置於該印刷電路板上，該計時器訊號輸出埠適於提供該時脈訊號至一外部裝置。