TWM638576U

TWM638576U - 光電發電系統

Info

Publication number: TWM638576U
Application number: TW111211104U
Authority: TW
Inventors: 游佩珊
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2022-10-12
Filing date: 2022-10-12
Publication date: 2023-03-11

Abstract

本新型提供一種光電發電系統，包含：多個光電子系統、控制器，以及主機。多個光電子系統彼此串聯成為第一光電發電模組。每個光電子系統包含光電模組與智慧接線盒。智慧接線盒包含電壓感測器及電力線收發器。電壓感測器用以量測光電模組的電壓。電力線收發器用以透過電力線網路傳輸量測到的電壓。控制器與第一光電發電模組構成電源迴路，並且使用電力線網路與智慧接線盒通訊。控制器包含電流感測器及電力線收發器，用以量測電源迴路的電流。主機透過網路自控制器接收所量測的電流及電壓，判斷出光電子系統中的一者異常，並致使異常的光電子系統被旁路。

Description

光電發電系統

本創作是關於光電發電系統，特別是關於光電發電系統中光電模組的監控。

隨著全球的能源危機和環境問題日益嚴重，替代能源的研究與應用受到各國的廣泛關注。太陽能發電為利用光電效應將太陽光轉換為電流的發電方式。由於太陽能發電具有乾淨、低環境污染、無能源耗盡問題、發電裝置易與建築物結合等優點，再加上隨著半導體科技的進步，使得太陽能發電裝置的光電轉換效率不斷提昇，因此太陽能發電被廣泛的應用於多種場合中。

太陽能發電通常使用光電發電系統進行發電，上述光電發電系統可以包含由光電模組組成的陣列。光電發電系統會受到局部遮陰、光照不均，或是由於長期置於室外造成的板材劣化的影響，造成其中的光電模組陣列發生不匹配的狀況。由於逆變器量測的是串連的光電模組的電流，因此當光電發電系統的發電效率有所異常時，將無法判斷係串連的光電模組陣列中的哪些光電模組發生異常。此外，也無法判斷是光電模組發生異常或是其他外部因素造成不匹配的狀況。

因此，本創作提供一種光電發電系統，可以從分別從每個光電模組收集資訊，並使用收集的資訊判斷光電模組是否發生異常。

本新型的一些實施例有關於一種光電發電系統，包含：多個光電子系統、控制器，以及主機。多個光電子系統彼此串聯成為第一光電發電模組，每個光電子系統分別包含光電模組與智慧接線盒。智慧接線盒包含電壓感測器及第一電力線收發器。電壓感測器用以量測光電模組的輸出電壓。第一電力線收發器用以透過電力線網路傳輸電壓感測器所量測到的輸出電壓。控制器與第一光電發電模組構成電源迴路，並且使用電力線網路與智慧接線盒通訊。控制器中包含電流感測器，用以量測電源迴路的電流。主機透過網路自控制器接收所量測的電流及輸出電壓，並在根據量測的電流及輸出電壓判斷出光電子系統中的一者異常時，致使光電子系統中異常的上述一者被旁路。

在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表上述第一裝置可直接電性連接至上述第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至上述第二裝置。

參考第1圖，第1圖為本新型之光電發電系統100的方塊圖。光電發電系統100中包含複數個光電子系統10、控制器20、主機30，以及監視器40。每個光電子系統10包含光電模組11以及智慧接線盒12，光電模組11與智慧接線盒12連接。複數個光電子系統10以串聯的方式連接組成第一光電發電模組50，而第一光電發電模組50再與控制器20串聯，構成一個電源迴路。應注意的是，雖然第1圖繪示四個串聯的光電子系統10，但是本新型的光電發電系統100可以具有任意數量的光電子系統10彼此串聯。

光電模組11例如但不限於太陽能電池或太陽能板，太陽能電池例如為單晶矽太陽能電池、多晶矽太陽能電池，以及非晶矽太陽能電池等。在某些實施例中，光電模組11能夠利用光電效應吸收太陽光並轉換為電能，並且每個光電模組11可以分別具有不同的電壓及電流，因此分別具有不同的功率。

智慧接線盒12用以量測光電模組11的電壓(例如輸出電壓)，並將量測到的電壓通過電力線(power line communication(PLC))網路傳送至控制器20，而不需要其他線路。此外，智慧接線盒12可以透過電力線網路接收控制器20的訊號，受到控制器20的控制執行特定動作。智慧接線盒12在以下有更詳細的說明。

控制器20通過電力線網路接收每個智慧接線盒12量測到的電壓(或代表該電壓的資訊)。此外，控制器20用以量測第一光電發電模組50的電流。換句話說，控制器20用以量測第一光電發電模組50與控制器20構成的電源迴路的電流。控制器20量到的電流為第一光電發電模組50迴路中的電流。由於控制器20無法分別量測第一光電發電模組50中每個光電子系統10所輸出的電流，因此若是沒有智慧接線盒12的輔助，主機30或使用者將難以判斷第一光電發電模組50中的哪一個光電子系統10輸出功率(或是電壓)過低。此外，在一些實施例中，控制器20為逆變器中的控制器，在此情況下控制器20也用以執行最大功率點追蹤功能，當日照情形變化造成可以提供最大功率傳輸效率的負載曲線變化時，控制器20可以透過電流控制調整功率曲線，使光電發電系統100具有最佳的發電效率。控制器20可以控制第一光電發電模組50，使第一光電發電模組50的電流為特定的電流，上述特定電流為控制器20判斷的最大功率點的電流。此外，在一些實施例中，控制器20也可以用以執行直流-交流轉換，或是孤島效應保護功能。控制器20例如但不限於逆變器、太陽能光電變流器等，或是控制器20可以是逆變器或太陽能光電變流器中的控制器。

主機30連接控制器20，接收每個光電子系統10的電壓以及第一光電發電模組50的電流(或接收代表該電壓與該電流的資訊)。主機30與控制器20之間可以使用網路連接。舉例來說，主機30與控制器20之間可以使用電力線網路或電力線網路以外的有線網路，或無線網路連接，有線網路的範例為光纖、乙太網路等，無線網路的範例為WiFi、藍牙等。主機30使用通過網路所接收到的電壓及電流判斷第一光電發電模組50中的每個光電子系統10是否異常。具體而言，主機30可以使用接收到的電壓及電流計算每個光電子系統10的多個功率點，並且上述多個功率點可以包含最大功率點，以判斷出其中功率小於預設功率的光電子系統10。或者，主機30可以判斷出其中電壓小於預設電壓的光電子系統10。在一些實施例中，主機30分析每個光電子系統10的功率變化趨勢，並且將每個光電子系統10的功率變化趨勢互相比較，當其中一個光電子系統10的功率變化趨勢與其他光電子系統10的功率變化趨勢的差異超過閥值時，主機30將功率變化趨勢與其他光電子系統10不同的光電子系統10判斷為異常。功率變化趨勢可以為功率變化的曲線、函式，例如功率-電流曲線等。預設功率及預設電壓可以事先經過長時間的資料收集得知，例如可以記錄在不同情況(例如時間、光照等)下光電子系統10的功率或電壓，使用平均值當作預設功率及預設電壓，但是本新型不限於此。主機30中可以更包含記憶體用以儲存預設功率及預設電壓數值或資訊，例如唯讀記憶體。

此外，主機30可以提供執行作業系統、程式、使用者圖形介面、軟體、模組、應用程式所需的處理能力。主機30可包括單一處理器，或者主機30可包括複數個處理器。舉例而言，主機30可包括中央處理單元、一般用途微處理器、一般用途微處理器和特殊用途處理器之組合及/或相關晶片組。

監視器40用以顯示來自主機30的訊息供使用者觀看。舉例而言，監視器40可以顯示每個光電子系統10的電壓、第一光電發電模組50的電流，以及目前正在運作的光電子系統10的數量等。監視器40例如為螢幕等。或是監視器40可以為一台電腦，顯示訊息給使用者，並且可以接收使用者的輸入進行操作。例如使用者可以指示關閉或開啟特定的光電子系統10。

當主機30判斷其中一個光電子系統10異常時，主機30可以通過網路傳送指令至控制器20。控制器20收到指令後可以通過電力線網路控制異常的光電子系統10，將異常的光電子系統10旁路或關斷。在一些實施例中，每個光電子系統10具有唯一的編號，用以使主機30及控制器20分辨每個光電子系統10。例如每個光電子系統10可以具有全域唯一識別碼。此外，主機30判斷有多個光電子系統10異常時，主機30也可以同時旁路或關斷多個光電子系統10。

參考第2圖，第2圖為智慧接線盒12的詳細方塊圖。智慧接線盒12包含電壓感測器13、開關14，以及第一電力線收發器(PLC TX/RX)15A。

電壓感測器13在第一輸出節點N1、第二輸出節點N2連接光電模組11，用以量測第一輸出節點N1、第二輸出節點N2之間的跨壓，亦即光電模組11的電壓(例如輸出電壓)。開關14連接於電壓感測器13與光電模組11之間。開關14可以經由第一電力線收發器15A受到控制器20的控制而導通或關閉。開關14導通時光電模組11產生的電流可以正常輸出至控制器20。開關14關閉時光電模組11(也就是光電子系統10)被旁路或關斷，因此無法輸出電流至控制器20。第一電力線收發器15A用以將電壓感測器13量測到的電壓通過電力線網路傳送至控制器20，以及通過電力線網路接收控制器20的命令或指令。控制器20中也可以包含第二電力線收發器15B以通過電力線網路傳送指令來控制每個光電子系統10。在一些實施例中，智慧接線盒12中包含控制裝置，用以控制智慧接線盒12中各元件的動作，例如上述控制裝置經由第一電力線收發器15A接收控制器20的命令，並依照上述命令控制開關14。

當主機30判斷其中一個光電子系統10異常時，並且通過網路傳送指令至控制器20時，控制器20在收到指令後可以使用第二電力線收發器15B通過電力線網路控制異常的光電子系統10，例如傳送命令或指令至異常的光電子系統10中的智慧接線盒12。異常的光電子系統10使用智慧接線盒12中的第一電力線收發器15A接收控制器20的命令或指令後，將開關14關閉，使得異常的光電子系統10被旁路或關斷，不再輸出電流。

參考第3圖，第3圖為光電發電系統100的另一實施例的方塊圖。第3圖與第1圖相同處在此不再贅述。相較於第1圖，第3圖更包含由多個光電子系統10串連而成的第二光電發電模組60。第二光電發電模組60與第一光電發電模組50並聯，前述兩者與控制器20串聯。第3圖中的第一光電發電模組50與第二光電發電模組60可以組成一個光電模組陣列，同樣的，第1圖中的第一光電發電模組50也可以被稱為光電模組陣列。

控制器20用以量測第一光電發電模組50與第二光電發電模組60的電流，並通過電力線網路接收第一光電發電模組50與第二光電發電模組60中每個光電模組11的電壓。控制器20將第一光電發電模組50與第二光電發電模組60的電流資訊及其中每個光電模組11的電壓資訊透過網路傳送至主機30，使主機30可以根據功率或電壓判斷光電發電模組50與第二光電發電模組60中的光電模組11是否異常。

參考第4圖，第4圖為在一些實施例中的電壓感測器13。電壓感測器13可以包含第一電阻R1、第二電阻R2，以及類比數位轉換器(analog-to-digital converter)18。第一電阻R1的一端在第一輸出節點N1連接光電模組11，第一電阻R1的另一端連接節點N3。第二電阻R2的一端連接節點N3，第二電阻R2的另一端在第二輸出節點N2連接光電模組11並且連接接地電位。類比數位轉換器18的一端連接節點N3，類比數位轉換器18的另一端連接第一電力線收發器15A。如前所述，第一輸出節點N1及第二輸出節點N2之間的跨壓為光電模組11的輸出電壓，上述輸出電壓經過第一電阻R1與第二電阻R2分壓後，由類比數位轉換器18轉換為數位訊號傳送至第一電力線收發器15A。在一些實施例中，智慧接線盒12中包含一控制裝置(未圖示)，此控制裝置接收由類比數位轉換器18輸出的數位訊號，並根據此數位訊號輸出對應之指令至第一電力線收發器15A，使得第一電力線收發器15A將代表光電模組11的輸出電壓之資訊傳送至控制器20。

參考第5圖，第5圖是控制器20之一實施例的方塊圖。控制器20可以包含第二電力線收發器15B，以及電流感測器21。控制器20使用第二電力線收發器15B與光電模組中的智慧接線盒12交換訊息。此外，控制器20也可以包含其他額外的元件，例如無線網路介面或乙太網路介面等。在某些實施例中，控制器20更包含控制裝置，用以控制控制器20中各元件的動作，以及執行控制器20所需的功能，例如上述控制裝置可以根據主機30的指令經由第二電力線收發器15B控制光電子系統10的智慧接線盒12，使其對光電模組11進行迴路關斷動作。

在一些實施例中，電流感測器21中可以包含電阻，並且可以測量上述電阻的電壓。之後使用電阻的電阻值與測量到的電壓根據歐姆定律計算出電流值。可選擇的，電流感測器21也可以使用霍爾(hall)感測器得出對應的電壓訊號，進而推知電流大小。

本新型透過將每個光電模組連接智慧接線盒可以準確得知每個光電模組的功率及電壓，進而允許主機判斷出是哪一個光電模組發生異常，並將異常的光電模組旁路或關斷。異常可以指光電模組發生不匹配。在本揭露中，匹配可以指光能完整的轉換為電能。相對的，不匹配可以指光能未完整的由光電模組轉換為電能，例如光電模組輸出的電壓或電流下降。此外，本新型透過電力線網路傳送量測到的電壓可以不需要額外架設線路或建立無線連線，達到節省成本的效果。

本新型雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本新型之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本新型之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10:光電子系統 11:光電模組 12:智慧接線盒 13:電壓感測器 14:開關 15A:第一電力線收發器 15B:第二電力線收發器 18:類比數位轉換器 20:控制器 21:電流感測器 30:主機 40:監視器 50:第一光電發電模組 60:第二光電發電模組 100:光電發電系統 N1:第一輸出節點 N2:第二輸出節點 N3:節點 R1:第一電阻 R2:第二電阻

第1圖為本新型之光電發電系統的方塊圖。第2圖為本新型之智慧接線盒的詳細方塊圖。第3圖為本新型之光電發電系統的另一實施例的方塊圖。第4圖為本新型之一些實施例中的電壓感測器。第5圖為本新型之控制器的方塊圖。

10:光電子系統

11:光電模組

12:智慧接線盒

20:控制器

30:主機

40:監視器

50:第一光電發電模組

100:光電發電系統

Claims

一種光電發電系統，包含：多個光電子系統，彼此串聯成為一第一光電發電模組，上述光電子系統中的每一者各包含一光電模組與一智慧接線盒，上述智慧接線盒包含一電壓感測器及一第一電力線收發器，上述電壓感測器用以量測上述光電模組的一輸出電壓，上述第一電力線收發器用以透過一電力線網路傳輸上述電壓感測器所量測到的上述輸出電壓；一控制器，與上述第一光電發電模組構成一電源迴路，並且使用上述電力線網路與上述智慧接線盒通訊，上述控制器包含一電流感測器，用以量測上述電源迴路的電流；以及一主機，透過網路自上述控制器接收所量測的上述電流及上述輸出電壓，並在根據量測的上述電流及上述輸出電壓判斷出上述光電子系統中的一者異常時，致使上述光電子系統中異常的上述一者被旁路。
如請求項1之光電發電系統，其中上述主機使用所量測的上述電流及上述輸出電壓計算每個上述光電子系統的功率，並且當上述功率之變化趨勢與其他光電子系統的功率變化趨勢的差異超過一閥值時，上述主機判斷對應於上述功率的上述光電子系統異常。
如請求項1之光電發電系統，其中當上述輸出電壓小於一預設電壓時，上述主機判斷對應於上述輸出電壓的上述光電子系統異常。
如請求項1之光電發電系統，其中上述智慧接線盒更包含一開關，上述主機透過關閉上述開關以旁路上述光電子系統中異常的上述一者。
如請求項4之光電發電系統，其中上述主機於判斷出上述光電子系統中的一者異常時經由上述網路傳送一指令至上述控制器，致使上述控制器經由上述電力線網路控制上述光電子系統中異常的上述一者關閉上述開關。
如請求項5之光電發電系統，其中上述控制器中更包含一第二電力線收發器，上述控制器使用上述第二電力線收發器經由上述電力線網路控制上述光電子系統中異常的上述一者關閉上述開關。
如請求項1之光電發電系統，其中上述電壓感測器包含：一第一電阻；一第二電阻；以及一類比數位轉換器，上述第一電阻的一端在一第一輸出節點連接上述光電模組，上述第一電阻的另一端在一節點連接上述類比數位轉換器，上述第二電阻的一端在上述節點連接上述類比數位轉換器，上述第二電阻的另一端在一第二輸出節點連接上述光電模組之接地參考電位，上述類比數位轉換器的一端連接於上述第一電阻及上述第二電阻之間的上述節點，上述類比數位轉換器的另一端連接上述第一電力線收發器。
如請求項1之光電發電系統，其中上述電流感測器包含一霍爾感測器。
如請求項1之光電發電系統，更包含一第二光電發電模組，上述第二光電發電模組包含多個彼此串聯的上述光電子系統，並且上述第二光電發電模組與上述第一光電發電模組並聯連接。
如請求項9之光電發電系統，其中上述控制器更用以量測上述第二光電發電模組的電流，並透過上述電力線網路接收上述第二光電發電模組中每個上述智慧接線盒所量測的上述光電模組的電壓。