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TW201409197A - 太陽能功率調節系統及方法 - Google Patents

太陽能功率調節系統及方法 Download PDF

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TW201409197A
TW201409197A TW101131153A TW101131153A TW201409197A TW 201409197 A TW201409197 A TW 201409197A TW 101131153 A TW101131153 A TW 101131153A TW 101131153 A TW101131153 A TW 101131153A TW 201409197 A TW201409197 A TW 201409197A
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solar
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TW101131153A
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Inventor
Kai-Fu Chen
Chia-Yun Lee
Chien-Sen Hsu
Chuang-Wei Tseng
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Hon Hai Prec Ind Co Ltd
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    • G06F1/263—Arrangements for using multiple switchable power supplies, e.g. battery and AC
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Abstract

一種太陽能功率調節系統及方法，該系統安裝並運行於主控電腦中，該主控電腦連接有複數邏輯控制開關，每一邏輯控制開關連接有負載設備，每一負載設備透過邏輯控制開關連接至太陽能收集裝置或市電供電設備上。當太陽能收集裝置輸出的太陽能功率減少時，透過控制邏輯控制開關將至少一台連接至太陽能收集裝置的負載設備切換至市電供電設備上。當太陽能收集裝置輸出的太陽能功率增加時，透過控制將至少一台連接至市電供電設備的負載設備切換至太陽能收集裝置上，從而動態調節太陽能收集裝置的最大輸出傳輸，達到充分利用太陽能之目的。

Description

太陽能功率調節系統及方法
本發明涉及一種電力管理系統及方法，尤其係關於一種太陽能功率調節系統及方法。
在這能源大增的時代，太陽能儼然成為能源的重要來源，礙於太陽能隨動態的日照強度變化，其具有獨特的功率輸出特性曲線。如何讓太陽能收集裝置（例如太陽能板）輸出最大功率，世界各國均有許多研究，將目前已提出之技術方法可歸類為：（1）電壓迴授法，（2）功率迴授法，（3）擾動觀察法，（4）三點權位比較法，（5）增量電導法，（6）直線近似法，（7）實際量測法，（8）短路電流法。然而，該等方法主要利用電力電子技術透過調節功率輸出周期（Duty）來追蹤太陽能收集裝置輸出最大功率點。到目前為止，太陽能的最大功率點追蹤大多採用設計效能電路（例如一級Boost升壓電路），並透過控制效能電路的功率輸出周期使太陽能輸出在最大功率點附近，然而，太陽能流經效能電路會造成效率的損失。
鑒於以上內容，有必要提供一種太陽能功率調節系統及方法，能夠透過簡單的邏輯控制來動態調節太陽能的輸出功率傳輸，進而達到太陽能的最大功率傳輸。
所述之太陽能功率調節系統安裝並運行於主控電腦中，該主控電腦連接有複數邏輯控制開關，每一邏輯控制開關連接有負載設備，每一負載設備透過邏輯控制開關連接至太陽能收集裝置或市電供電設備上。所述之太陽能功率調節系統包括：功率監測模組，用於從太陽能收集裝置實時地獲取太陽能的第一電壓值及第一電流值，並根據第一電壓值及第一電流值計算太陽能收集裝置的第一輸出功率；功率判斷模組，用於當連接至太陽能收集裝置之負載設備的數量發生變化時，從太陽能收集裝置獲取太陽能的第二電壓值及第二電流值，根據第二電壓值及第二電流值計算太陽能收集裝置的第二輸出功率，並判斷第一輸出功率是否大於第二輸出功率；負載切換模組，用於當第一輸出功率大於第二輸出功率時，透過控制邏輯控制開關將至少一台負載設備從市電供電設備切換至太陽能收集裝置上，當第一輸出功率小於第二輸出功率時，透過控制邏輯控制開關將至少一台負載設備從太陽能收集裝置切換至市電供電設備上。
所述之太陽能功率調節方法應用於主控電腦中，該主控電腦連接有複數邏輯控制開關，每一邏輯控制開關連接有負載設備，每一負載設備透過邏輯控制開關連接至太陽能收集裝置或市電供電設備上。該方法包括步驟：從太陽能收集裝置實時地獲取太陽能的第一電壓值及第一電流值；根據第一電壓值及第一電流值計算太陽能收集裝置的第一輸出功率；當連接至太陽能收集裝置之負載設備的數量發生變化時，從太陽能收集裝置獲取太陽能的第二電壓值及第二電流值；根據第二電壓值及第二電流值計算太陽能收集裝置的第二輸出功率；判斷第一輸出功率是否大於第二輸出功率；當第一輸出功率大於第二輸出功率時，透過控制邏輯控制開關將至少一台負載設備從市電供電設備切換至太陽能收集裝置上；及當第一輸出功率小於第二輸出功率時，透過控制邏輯控制開關將至少一台負載設備從太陽能收集裝置切換至市電供電設備上。
相較於習知技術，本發明所述之太陽能功率調節系統及方法，透過簡單的邏輯控制就可達到太陽能的最大功率傳輸，從而無需設計最大功率點追蹤的效能電路，可以提高效率。
如圖1所示，係為本發明太陽能功率調節系統10較佳實施例之架構圖。在本實施例中，所述之太陽能功率調節系統10安裝並運行於主控電腦1中，能夠透過簡單的邏輯控制來調節太陽能的最大功率傳輸。所述之最大功率傳輸係指當太陽能的輸入阻抗與輸出阻抗相等時，就可以達到太陽能的最大功率傳輸。在本實施例中，所述之主控電腦1還包括，但不僅限於，儲存設備11以及處理器12。該主控電腦1為一種電腦、伺服器或者計算裝置。
在本實施例中，所述之主控電腦1連接至複數邏輯控制開關2，每一邏輯控制開關2連接有負載設備3。每一負載設備3透過邏輯控制開關2可連接至太陽能收集裝置4，也可連接至市電供電設備5。
所述之邏輯控制開關2用於當太陽能收集裝置4輸出的太陽能功率減少時，將至少一台連接至太陽能收集裝置4的負載設備3切換至市電供電設備5上，當太陽能收集裝置4輸出的太陽能功率增加時，將至少一台連接至市電供電設備5的負載設備3切換至太陽能收集裝置4上，從而動態調節太陽能收集裝置4的最大輸出傳輸，達到充分利用太陽能之目的。
所述之太陽能收集裝置4用於收集太陽光照產生太陽能的輸出功率（包括電流及電壓），從而為連接之負載設備3提供電能。當太陽光強度與溫度變化時，動態調節負載設備3的數量與太陽能收集裝置4的阻抗匹配使太陽能收集裝置4達到最大的輸出功率。
所述之負載設備3係為一種機台、電腦、或者伺服器等用電設備。每一負載設備3既可由太陽能收集裝置4供電，也可由市電供電設備5供電。所述之市電供電設備5用於為連接之負載設備3提供電能。
在本實施例中，所述之邏輯控制開關2與太陽能收集裝置4之間連接有電流轉換器6，該電流轉換器6用於根據負載設備的電力需求將直流（DC）電力轉換為交流（AC）電力，或者將交流電力轉換為直流電力。所述之太陽能收集裝置4及市電供電設備5均可支持直流電力及交流電力之間的轉換，從而滿足每一負載設備3的電力需求。
在本實施例中，所述之太陽能功率調節系統10包括功率監測模組101、功率判斷模組102及負載切換模組103。本發明所稱之模組係指一種能夠被主控電腦1之處理器12所執行並且能夠完成固定功能之一系列程式指令段，其儲存於主控電腦1之儲存設備11中。關於各模組之功能將於圖2之流程圖中作具體描述。
參考圖2所示，係為本發明太陽能功率調節方法較佳實施例之流程圖。在本實施例中，該方法能夠透過簡單的邏輯控制來動態調節太陽能的輸出功率，進而達到太陽能的最大功率傳輸。
步驟S21，功率監測模組101從太陽能收集裝置4實時地獲取太陽能的第一電壓值V1及第一電流值I1，亦稱謂即時電壓及即時電流。在本實施例中，所述之太陽能收集裝置4收集太陽光照產生太陽能的輸出的即時電流及即時電壓，進而為每一負載設備3提供電能。參考圖3所示，係為利用太陽能收集裝置4的輸出電流及電壓表示之太陽能功率曲線圖。其中，功率監測模組101可從太陽能收集裝置4獲取不同時段太陽能的第一電壓值V1及第一電流值I1，例如V1=200V、I1=5A。
步驟S22，功率監測模組101根據第一電壓值V1及第一電流值I1計算太陽能收集裝置4的第一輸出功率P1=V1*I1。參考圖3所示，當第一電壓值V1=200V及第一電流值I1=5A時，則第一輸出功率P1=V1*I1=1000W。
步驟S23，負載切換模組103透過控制邏輯控制開關2將一台負載設備3從市電供電設備5切換至太陽能收集裝置4上。在本實施例中，當至少一台負載設備3從市電供電設備5切換至太陽能收集裝置4上時，太陽能收集裝置4的輸出阻抗會相應增加。
步驟S24，功率判斷模組102從太陽能收集裝置4獲取太陽能的第二電壓值V2及第二電流值I2，亦稱謂當前電壓值及當前電流。參考圖3所示，當太陽能收集裝置4連接之負載設備3的數量發生改變時，功率判斷模組102從太陽能收集裝置4獲取的第二電壓值V2及第二電流值I2，例如V2=200V、I2=4A。
步驟S25，功率判斷模組102根據第二電壓值V2及第二電流值I2計算太陽能收集裝置的第二輸出功率P2=V2*I2。參考圖3所示，當第二電壓值V2=200V及第二電流值I2=4A時，則第二輸出功率P2=V2*I2=800W。
步驟S26，功率判斷模組102判斷第一輸出功率P1是否大於第二電流值P2。若第一輸出功率P1大於第二電流值P2，流程轉向步驟S23。若第一輸出功率P1小於第二電流值P2，流程轉向步驟S27。
步驟S27，負載切換模組103透過控制邏輯控制開關2將至少一台負載設備3從太陽能收集裝置4切換至市電供電設備5上。在本實施例中，當至少一台負載設備3從太陽能收集裝置4切換至市電供電設備5上時，太陽能收集裝置4的輸出阻抗會相應減少。
參考圖4所示，係為太陽能收集裝置4輸出之太陽能功率隨著負載數量的變化曲線圖。假設太陽日照強度與溫度不發生變化的情況下，當負載設備3連接至太陽能收集裝置4上的負載數量增加時，太陽能收集裝置4輸出的太陽能功率則會相應的減少。當負載設備3連接至太陽能收集裝置4上的負載數量減少時，太陽能收集裝置4輸出的太陽能功率則會相應的增加。
當太陽日照強度與溫度發生變化時，太陽能收集裝置4則會輸出不同的太陽能功率，在這條太陽能功率曲線上會有一個最大的輸出功率點，稱之為最大功率點，例如P=1000W/m2。所述之最大功率點係指在該輸出功率點上太陽能收集裝置4輸出的電壓及電流的乘積是最大，亦即太陽能功率最大。當連接至太陽能收集裝置4的負載數量增加時，太陽能收集裝置4會輸出相應的工作電壓及工作電流。因此，透過調整太陽能收集裝置4上不同數量的負載設備3，即可將太陽能收集裝置4調節到工作在最大功率點上，使太陽能收集裝置4輸出最大的太陽能功率。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，且已達廣泛之使用功效，凡其他未脫離本發明所揭示之精神下所完成之均等變化或修飾，均應包含於下述之申請專利範圍內。
1．．．主控電腦
10．．．太陽能功率調節系統
101．．．功率監測模組
102．．．功率判斷模組
103．．．負載切換模組
11．．．儲存設備
12．．．處理器
2．．．邏輯控制開關
3．．．負載設備
4．．．太陽能收集裝置
5．．．市電供電設備
6．．．電流轉換器
圖1係為本發明太陽能功率調節系統較佳實施例之架構圖。
圖2係為本發明太陽能功率調節方法較佳實施例之流程圖。
圖3係為利用太陽能收集裝置的輸出電流及電壓表示之太陽能功率曲線圖。
圖4係為太陽能收集裝置輸出之太陽能功率隨著負載數量的變化曲線圖。
1．．．主控電腦
10．．．太陽能功率調節系統
101．．．功率監測模組
102．．．功率判斷模組
103．．．負載切換模組
11．．．儲存設備
12．．．處理器
2．．．邏輯控制開關
3．．．負載設備
4．．．太陽能收集裝置
5．．．市電供電設備
6．．．電流轉換器

Claims (10)

  1. 一種太陽能功率調節系統，安裝並運行於主控電腦中，該主控電腦連接有複數邏輯控制開關，每一邏輯控制開關連接有負載設備，每一負載設備透過邏輯控制開關連接至太陽能收集裝置或市電供電設備上，所述之太陽能功率調節系統包括：
    功率監測模組，用於從太陽能收集裝置實時地獲取太陽能的第一電壓值及第一電流值，並根據第一電壓值及第一電流值計算太陽能收集裝置的第一輸出功率；
    功率判斷模組，用於當連接至太陽能收集裝置之負載設備的數量發生變化時，從太陽能收集裝置獲取太陽能的第二電壓值及第二電流值，根據第二電壓值及第二電流值計算太陽能收集裝置的第二輸出功率，並判斷第一輸出功率是否大於第二輸出功率；及
    負載切換模組，用於當第一輸出功率大於第二輸出功率時，透過控制邏輯控制開關將至少一台負載設備從市電供電設備切換至太陽能收集裝置上，當第一輸出功率小於第二輸出功率時，透過控制邏輯控制開關將至少一台負載設備從太陽能收集裝置切換至市電供電設備上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能功率調節系統，其中，所述之太陽能收集裝置用於收集太陽光照產生太陽能的輸出電壓及電流，並為連接之負載設備提供電能。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能功率調節系統，其中，當負載設備連接至太陽能收集裝置上的負載數量增加時，太陽能收集裝置輸出的太陽能功率則會相應的減少。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能功率調節系統，其中，當負載設備連接至太陽能收集裝置上的負載數量減少時，太陽能收集裝置輸出的太陽能功率則會相應的增加。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能功率調節系統，其中，所述之邏輯控制開關與太陽能收集裝置之間連接有電流轉換器，用於根據負載設備的電力需求將直流電力轉換為交流電力，或者將交流電力轉換為直流電力。
  6. 一種太陽能功率調節方法，應用於主控電腦中，該主控電腦連接有複數邏輯控制開關，每一邏輯控制開關連接有負載設備，每一負載設備透過邏輯控制開關連接至太陽能收集裝置或市電供電設備上，該方法包括步驟：
    從太陽能收集裝置實時地獲取太陽能的第一電壓值及第一電流值；
    根據第一電壓值及第一電流值計算太陽能收集裝置的第一輸出功率；
    當連接至太陽能收集裝置之負載設備的數量發生變化時，從太陽能收集裝置獲取太陽能的第二電壓值及第二電流值；
    根據第二電壓值及第二電流值計算太陽能收集裝置的第二輸出功率；
    判斷第一輸出功率是否大於第二輸出功率；
    當第一輸出功率大於第二輸出功率時，透過控制邏輯控制開關將至少一台負載設備從市電供電設備切換至太陽能收集裝置上；及
    當第一輸出功率小於第二輸出功率時，透過控制邏輯控制開關將至少一台負載設備從太陽能收集裝置切換至市電供電設備上。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能功率調節方法，其中，所述之太陽能收集裝置用於收集太陽光照產生太陽能的輸出電壓及電流，並為連接之負載設備提供電能。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能功率調節方法，其中，當負載設備連接至太陽能收集裝置上的負載數量增加時，太陽能收集裝置輸出的太陽能功率則會相應的減少。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能功率調節方法，其中，當負載設備連接至太陽能收集裝置上的負載數量減少時，太陽能收集裝置輸出的太陽能功率則會相應的增加。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能功率調節方法，其中，所述之邏輯控制開關與太陽能收集裝置之間連接有電流轉換器，用於根據負載設備的電力需求將直流電力轉換為交流電力，或者將交流電力轉換為直流電力。
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