本发明专利技术公开一种太阳能电源系统的最大功率追踪方法和太阳能电源装置，其涉及太阳能发电技术领域。本方法以动态平衡追踪太阳能系统的最大功率。再根据此法加入智能型充放电机制，形成一种智能型的协调式太阳能装置。其内含至少一个太阳能板、超电容、直流／直流升降压转换器、脉宽调变驱动器、蓄电池、逻辑控制器与负载。方法特征是太阳能板与直流／直流升降压转换器间联接一个瞬间功率型超级电容，作为能量之动态平衡器。将太阳能板产生的电能转换成电容器型态的电能进行最大功率演算，可大幅度简化演算程序。提升追踪演算的实时性与可靠度，增益太阳能系统效率。可广泛应用于太阳能ＬＥＤ灯、太阳能灯，尤其是太阳能路灯、街灯与太阳能交通号志灯、太阳能工程灯等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一一种应用太阳能(光伏)发电系统的最大功率追踪法及实施该方法的装置，属于太阳能(光伏)发电与超级电容
技术介绍
太阳能是最普遍而能小型化的能源。以使用观点，太阳能有(1)安全可靠，无噪音，无污染；(2)无CO2等温室气体产生；(3)所需能量随处可得，无需消耗燃料无机械转动部件；(4)维护简便，使用寿命长；建设周期短，规模大小弹性；(5)可以无人看守，也无需架设输电线路；(6)偏远地区能源代价低；(7)方便与建筑物相结合等优点。然而太阳能是一种非理想性的再生能源，随着日照环境、角度与温度产生的电力而有显著的不同。亦即表示太阳能是变动性能源，每个时间点能量的生成可能不同，必须辅以最大功率追踪，才能获取太阳能电池所转换最大的电能。太阳能板的电压与电流并不呈线性，属于非理想性的再生能源。在不同大气环境，会因日照与温度而有独特的工作曲线。如图l所示，强日照、中日照与弱日照有各不同电压电流曲线。再以太阳能板的功率电压图观察，如图2所示，每一条工作曲线都有一个最大功率点，也就是取得太阳能板最大能量的地方。透过各种最大功率追踪技术，追踪随着环境而时间点各异的最大功率电电压电流状态，并快速取得其能量注入系统。最大功率追踪法是采用实时检测太阳板输出功率，通过功率算法预测当下天象下的最大功率输出，从而改变当前的阻抗情况来满足最大功率的要求。近年来许多专利提出多种的最大功率追踪法如日本专利之1995年「特开平7-129264」的「太阳光发电系统」、1996年08-04445，08-04446「太阳能电池最大功率追踪控制法」与2001年特开2001-60119的「太阳电池的最大电力制御方法」，美国专利1993年「5268832」、1999年「5869956」号，中国专利2004年北京动力环电器的CN 1512286A「太阳能电源装置及其最大功率点跟踪控制方法」、2006年清华大学CN 1731651A「独立光伏发电系统用的最大功率点跟踪方法」及2006年中国科学院电工所CN 1797892A「一种太阳能光伏发电最大功率点跟踪及控制方法」，台湾专利1998年第00337886号「太阳电池最大功率追踪器」等。上述的公知技术虽可作为太阳能最大功率追踪控制，却存在以下的缺陷与限制(一)所有公知技术的最大功率追踪都是检视出太阳能系统的电压及电流，经乘积或再处理演算比较功率，确认最大功率调整方向。其检视与演算程序复杂费时。往往太阳光照度或温度的快速变化而系统难完全实时应变，造成最大功率点误判机率增加，影响太阳系统获取电能效率。(二)太阳光照度或温度可能在毫秒间变化，公知技术的最大功率追踪的检视与演算程序易造成错误，降低系统调最大功率整的正确性。(三)公知技术中的检视与演算电路过于复杂，对于外在恶劣的操作环境，其准确性往往不够。由于上述缺失，必须寻求更简单、更实时与准确的太阳能最大功率追踪控制技术。一个良好的太阳能发电系统评估分成三大部份第一部份即上述所提「最大功率追踪」，第二部份为「有效的充电方法」与第三是「智能型的放电机制」。上述的专利技术对于后两者都无法兼顾，虽获取可观电能但在储存至蓄电池及放电驱动负载过程中，损失庞大电能。传统太阳能「扰动观察」最大功率追踪法，其结构如图3所示。结构简单且量测参数较少，已普遍应用于太阳能最大功率系统中。基本架构是借着周期性的增加或减少负载5的大小，以改变太阳能板1的端电压及追踪演算2其输出功率。观察比较两者的差异，再决定下一个周期增加或减少负载5大小。输出功率如果变大，则将负载5作相同趋势的调整变动；反之，输出功率变小，则在下一个周期改变负载变动方向。如此反复的振荡扰动与观察比较之，将可趋近太阳能电池的最大功率点。纵观上述现有技术的太阳能充电方式存在以下缺陷(一)太阳能系统充电方式，一般采取定电压或定电流充电。由于蓄电池(尤其是铅酸电池)为化学储能，为化学反应转变。定电压或定电流充电会使电能大量浪费且损坏蓄电池。如定电压充电在充电初期电流过大会损伤蓄电池，而定电流充电则在充电末期充电电流多用于电解水产生气体。(二)高级太阳能系统充电采用多阶段放电与脉充式放电，则需增加组件及控制机制，造成太阳能系统电路更为复杂。而太阳能放电驱动负载，则有以下常见缺大(一)需定电流的负载，如太阳能LED路灯，常常因蓄电池的电压变化，亮度逐渐变暗，无法获得同一亮度。(二)需定电流的负载，如太阳能LED路灯，因蓄电池电压使LED路灯设计上经常不是在最亮状态。(三)需定电压的负载，如太阳能机械，常常因蓄电池的电压变化，太阳能机械需稳压电路。(四)往往蓄电池尚有电力，常因电压太低，无法驱动负载。
技术实现思路
本专利技术目的之一就是提供一种新式的太阳能系统之最大功率追踪方法，(又称Peter能量扰动观察之太阳能最大功率追踪法)，可使用于所有的太阳能系统；本专利技术的另一目的是提供一种利用上述追踪方法的智能型超电容太阳能电源装置。为达成上述第一目的「Peter能量扰动观察之太阳能最大功率追踪法」，可通过以下方式实现一太阳能板为太阳能单元数组一瞬间功率型超级电容器为电能暂时储存器。以动态平衡方式在稳态下，接受太阳能板输出电能与输出电能至DC/DC转换器，一直流/直流(DC/DC)转换器可调整负载之电阻而使太阳能板的输出电压发生改变。一逻辑控制器(微处理器)产生脉宽调制脉冲去增加或减少直流/直流(DC/DC)转换器的工作周期D值。一负载为LED灯、各式灯或机械负载。本专利技术的特征在于该方法包括下列步骤步骤1侦测超电容电压Vc值若Vc值≤设定值，不启动最大功率系统；若Vc值＞设定值，则逻辑控制器启动最大功率系统；步骤2设定DC/DC转换器工作周期D1值，量测新的Vc值步骤3由逻辑控制器改变DC/DC转换器工作周期D2值，以改变负载电阻。步骤4再量测最新的Vc值，若最新Vc值＞新Vc值，则调整DC/DC转换器工作周期D值，其变化趋势方向朝原变化方向；若最新Vc值＜新Vc值，则调整DC/DC转换器工作周期D值，其变化趋势方向朝反变化方向；若最新Vc值＝新Vc值，则维持DC/DC转换器工作周期D值；步骤5重复步骤4，直至Vc值≤设定值，关闭最大功率系统。为达成本专利技术的第二目的「一种超电容太阳能装置」，可透过以下方式实现一太阳能板为太阳能单元数组；一瞬间功率型超级电容器作为电能暂时储存器、储存器及第二储能器；一直流/直流(DC/DC)升降压转换器调整负载电阻、调整充电脉冲；一蓄电池第一储能器；一超电容电压侦测器与第一电子开关电压侦测器与开关； 一逻辑控制电路控制太阳能板、蓄电池、直流/直流(DC/DC)升降压转换器与负载；一第二电子开关电子开关；一电压电流保护电路电路保护；一电流侦测器负载电流侦测；一负载。本专利技术智能型「超电容太阳能装置」的特征在于该方法包括下列阶段(一)最大功率追踪阶段，使用「Peter能量扰动观察之太阳能最大功率追踪法」。(二)充电阶段，使用三阶段充电法。蓄电池电压低时以脉冲式充电模式充电，充电至设定电压以上，太阳能板在当下所生成之能量，全数充电至蓄电池，到达充电后期再以脉冲式充电模式充电充饱蓄电池。(三)放电阶段，采用智能可调式模式，藉由逻辑控制电路的决定放电模式，由流/直流转换器控制定电压或定电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种太阳能电源系统的最大功率追踪方法，其特征在于：包括体下步骤：（１）用太阳能电池板产生的电能为进出瞬间功率型超级电容器充电，并将电能传递至直流／直流（ＤＣ／ＤＣ）转换器的输入端；（２）由逻辑控制器调整直流／直流（ＤＣ／ＤＣ）转换器的工作周期Ｄ值：当太阳能板产生的能量多于流入转换器的能量时，超级电容器的电压增加，此时调整工作周期Ｄ值朝原改变方向进行；反之，朝相反改变方向进行；（３）重复上述步骤（２），如此反复地振荡扰动与监测比较调整之，即可趋近太阳能电池的最大功率点；（４）经直流／直流（ＤＣ／ＤＣ）转换器转换的电能为蓄电池充电，并为负载供电。
【技术特征摘要】
1.一种太阳能电源系统的最大功率追踪方法，其特征在于包括体下步骤(1)用太阳能电池板产生的电能为进出瞬间功率型超级电容器充电，并将电能传递至直流/直流(DC/DC)转换器的输入端；(2)由逻辑控制器调整直流/直流(DC/DC)转换器的工作周期D值当太阳能板产生的能量多于流入转换器的能量时，超级电容器的电压增加，此时调整工作周期D值朝原改变方向进行；反之，朝相反改变方向进行；(3)重复上述步骤(2)，如此反复地振荡扰动与监测比较调整之，即可趋近太阳能电池的最大功率点；(4)经直流/直流(DC/DC)转换器转换的电能为蓄电池充电，并为负载供电。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括为蓄电池充电采用三阶段充电模式，即初期为脉冲充电，中期为全速充电，末期为脉冲充电；其放电模式可经所述的逻辑控制器与直流/直流(DC/DC)转换器作定电流或定电压放电，以便在蓄电池的电压下降时保持一定的电压输出值；并且可升高输出电压值，使输出到负载功率增强。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的逻辑控制器控制工作周期D值的方法包括下列步骤步骤1侦测超电容电压Vc值若Vc值≤设定值，不启动最大功率系统；若Vc值＞设定值，则逻辑控制器启动最大功率系统；步骤2设定DC/DC转换器工作周期D1值，量测新的Vc值；步骤3由逻辑控制器改变DC/DC转换器工作周期D2值，以改变负载电阻；步骤4再测量最新的Vc值，若最新Vc值＞新Vc值，则调整DC/DC转换器工作周期D值，其变化趋势方向朝原变化方向；若最新Vc值＜新Vc值，则调整DC/DC转换器工作周期D值，其变化趋势方向朝反变化方向。若最新Vc值＝新Vc值，则维持DC/DC转换器工作周期D值；步骤5重复步骤4，直至Vc值≤设定值，关闭最大功率系统。4.一种实施权利要求1所述方法的太阳能电源装置，其特征在于包括一太阳能板，为光能与电能转换组件，依需求串并联而成；一瞬间功率型超...
【专利技术属性】
技术研发人员：张荣锜，孙民兴，孙实钧，
申请(专利权)人：孙民兴，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]
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