TW201513541A - 太陽能發電系統之微逆變器及其操作方法 - Google Patents

太陽能發電系統之微逆變器及其操作方法 Download PDF

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Abstract

一種太陽能發電系統微逆變器之操作方法係包含下列步驟：首先，取得一太陽能光伏模組的輸出功率值。然後，判斷該微逆變器是否啟動一功率提升模式。若該微逆變器啟動該功率提升模式，則將該微逆變器的輸出功率最大值由一額定輸出功率值提升至一最大輸出功率值。最後，判斷該太陽能光伏模組的輸出功率值是否大於該最大輸出功率值。若該太陽能光伏模組的輸出功率值大於該最大輸出功率值，則該微逆變器的輸出功率為該最大輸出功率值。

Description

太陽能發電系統之微逆變器及其操作方法
本發明係有關一種太陽能發電系統之微逆變器及其操作方法，尤指一種具有功率提升操作模式之太陽能發電系統微逆變器及其操作方法。
自從1970至1980年代發生了兩次石油危機，替代能源的尋求與研究即為各重要國家的主要政策之一。並且，由於近期工業化急速發展，造成石化能源短缺價格上升，且衍生出另一環境問題便是二氧化碳過度排放造成地球氣候異常且溫度上升。為了有效降低對石化能源之依賴，便有許多再生能源應運而生，如：太陽能及風能等。由於太陽能具有無污染、無公害之特性，且又取之不盡用之不竭，因此，太陽能之應用具有相當發展的潛力。由於近年來太陽能電池的積極研究發展，已達到相當高之效率，因此逐漸受到歐、美、日等各國之重視，並制訂政策鼓勵推展應用。
傳統常見的太陽能光伏發電系統結構主要都存在太陽能光伏模組的串聯和並聯，因此，對於整體的串並聯架構下，並無法兼顧系統中每個太陽能光伏模組的最大功率點跟蹤，如此將使得太陽能光伏模組陣列的利用率低、系統抗局部陰影的能力差，以及系統擴充的靈活性不夠。也因此，相較於傳統的串並聯逆變器系統，為了克服上述的缺點，使得微型逆變器系統的技術蘊孕而生。
請參見第一圖係為相關技術之太陽能發電系統之太陽能光伏與微逆變器之電路方塊示意圖。假設該太陽能光伏模組10A產生之輸出功率為一太陽能光伏模組輸出功率Pv，而該微逆變器20A產生之輸出功率為一微逆變器輸出功率Pm。為了方便說明，以下將以合理之假設數據為例說明該太陽能光伏模組輸出功率Pv與該微逆變器輸出功率Pm之間的關係。假設在環境溫度為25℃的條件下，該太陽能光伏模組10A的額定輸出功率為250瓦特。對太陽能系統的建置商而言，若選購該微逆變器20A的額定輸出功率為215瓦特時，儘管該太陽能光伏模組輸出功率Pv最大達到輸出250瓦特，但由於受限於該微逆變器20A的額定輸出功率，因此，該微逆變器20A則僅能夠輸出215瓦特。換言之，該太陽能光伏模組10A相較於該微逆變器20A額定輸出功率能夠多產生的輸出功率，則無法有效完全利用，因此在此情況下，將造成該太陽能光伏模組輸出功率Pv的利用率低。因此，更佳的解決之道在於，太陽能系統的建置商可選購該微逆變器20A的額定輸出功率恰等於該太陽能光伏模組輸出功率Pv為250瓦特，如此，將能夠在環境溫度為25℃的條件下，該微逆變器20A則夠完全地輸出該太陽能光伏模組10A所產生的該太陽能光伏模組輸出功率Pv，使得該太陽能光伏模組輸出功率Pv的利用率大大地提高。
然而，由於該太陽能光伏模組10A與周圍環境溫度會呈現負溫度係數衰減的關係，也就是說，當周圍環境溫度越高，則該太陽能光伏模組10A的輸出功率會越低。配合參見第二圖，係為相關技術之太陽能發電系統之太陽能光伏模組輸出功率與環境溫度之關係圖。如圖所示數據為例，當周圍環境溫度增加到達40℃時，該太陽能光伏模組輸出功率Pv為230瓦特。此外，若當環境溫度再增加到達60℃時，該太陽能光伏模組輸出功率Pv為210瓦特。因此，若太陽能系統的建置商選購該微逆變器20A的額定輸出功率為250瓦特時，無論當環境溫度增加到40℃或60℃時，該微逆變器20A皆能夠完全地輸出該太陽能光伏模組10A所產生的該太陽能光伏模組輸出功率Pv，如此，可使得該太陽能光伏模組輸出功率Pv的利用率高。
反之，當該太陽能光伏模組10A與該微逆變器20A操作在環境溫度為0℃的情況時，該太陽能光伏模組輸出功率Pv為280瓦特，然而，該微逆變器20A的額定輸出功率仍為250瓦特時，儘管該太陽能光伏模組輸出功率Pv因為周圍環境溫度的減少而增加，但由於受限於該微逆變器20A的額定輸出功率，因此，該微逆變器20A則僅能夠輸出250瓦特。換言之，該太陽能光伏模組10A相較於該微逆變器20A額定輸出功率能夠多產生的輸出功率，則無法有效完全利用，因此在此情況下，將造成該太陽能光伏模組輸出功率Pv的利用率低。
因此，如何設計出一種太陽能發電系統之微逆變器及其操作方法，利用太陽能電池本身溫度與最大輸出功率為負溫度特性，使得當該太陽能光伏模組操作於低溫環境所能輸出更大功率，以提供功率提升模式操作選擇，達到提高發電效率、降低發電成本、增加系統使用適應性，並且廣泛地應用在不同的國家區域，乃為本案創作人所欲行克服並加以解決的一大課題。
本發明之一目的在於提供一種太陽能發電系統之微逆變器，係透過一太陽能光伏模組產生一太陽能光伏模組輸出功率。該微逆變器係包含一直流轉直流轉換器、一直流轉交流轉換器、一溫度感測器以及一微處理器。該直流轉直流轉換器係接收該太陽能光伏模組所產生之一直流電壓，並且產生一直流輸出電壓。該直流轉交流轉換器係接收該直流輸出電壓，並且產生一微逆變器輸出功率。該溫度感測器係偵測該太陽能光伏模組操作時環境溫度，並且產生一溫度偵測信號。該微處理器係接收該溫度偵測信號與一功率提升信號，其中當該功率提升信號致能時，該微處理器係根據該溫度偵測信號，對應取得該太陽能光伏模組的輸出功率值，以產生一第一控制信號控制該直流轉直流轉換器以及產生一第二控制信號控制該直流轉交流轉換器，進而增大該微逆變器的輸出功率值。
本發明之另一目的在於提供一種太陽能發電系統之微逆變器，係透過一太陽能光伏模組產生一太陽能光伏模組輸出功率。該微逆變器係包含一直流轉直流轉換器、一直流轉交流轉換器、一電壓感測器、一電流感測器以及一微處理器。該直流轉直流轉換器係接收該太陽能光伏模組所產生之一直流電壓，並且產生一直流輸出電壓。該直流轉交流轉換器係接收該直流輸出電壓，並且產生一微逆變器輸出功率。該電壓感測器係偵測該太陽能光伏模組所產生該直流電壓大小，並且產生一電壓偵測信號。該電流感測器係偵測該太陽能光伏模組所產生一直流電流大小，並且產生一電流偵測信號。該微處理器係接收該電壓偵測信號、該電流偵測信號與一功率提升信號，其中當該功率提升信號致能時，該微處理器係根據該電壓偵測信號與該電流偵測信號的乘積，取得該太陽能光伏模組的輸出功率值，以產生一第一控制信號控制該直流轉直流轉換器以及產生一第二控制信號控制該直流轉交流轉換器，進而增大該微逆變器的輸出功率值。
本發明之再另一目的在於提供一種太陽能發電系統微逆變器之操作方法，係透過一太陽能光伏模組輸出一太陽能光伏模組輸出功率，經由一微逆變器接收並且產生一微逆變器輸出功率。該操作方法係包含下列步驟：(a)取得該太陽能光伏模組的輸出功率值；(b)判斷該微逆變器是否啟動一功率提升模式(power-boosting mode)；(c)若該微逆變器啟動該功率提升模式，則將該微逆變器的輸出功率最大值由一額定輸出功率值提升至一最大輸出功率值；(d)判斷該太陽能光伏模組的輸出功率值是否大於該最大輸出功率值；(e)若該太陽能光伏模組的輸出功率值大於該最大輸出功率值，則該微逆變器的輸出功率為該最大輸出功率值。
為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
10A‧‧‧太陽能光伏模組
20A‧‧‧微逆變器
Pv‧‧‧太陽能光伏模組輸出功率
Pm‧‧‧微逆變器輸出功率
﹝本發明﹞
10,20‧‧‧微逆變器
30‧‧‧太陽能光伏模組
102,202‧‧‧直流轉直流轉換器
104,204‧‧‧直流轉交流轉換器
106‧‧‧溫度感測器
206‧‧‧電壓感測器
208‧‧‧電流感測器
108,210‧‧‧微處理器
110,212‧‧‧輔助電源單元
1081‧‧‧比對單元
1082,2102‧‧‧判斷單元
1083,2103‧‧‧第一控制信號產生單元
1084,2104‧‧‧第二控制信號產生單元
2101‧‧‧乘法單元
Vp‧‧‧直流電壓
Ip‧‧‧直流電流
Vt‧‧‧直流輸出電壓
Pv‧‧‧太陽能光伏模組輸出功率
Pm‧‧‧微逆變器輸出功率
Pmr‧‧‧微逆變器額定輸出功率值
Pmm‧‧‧微逆變器最大輸出功率值
Pvt‧‧‧輸出功率比對信號
Pvc‧‧‧輸出功率計算信號
Ta‧‧‧環境溫度
St‧‧‧溫度偵測信號
Spb‧‧‧功率提升信號
Vac‧‧‧交流電源
Vau‧‧‧操作電壓
S1‧‧‧第一控制信號
S2‧‧‧第二控制信號
Sv‧‧‧電壓偵測信號
Si‧‧‧電流偵測信號
Sd‧‧‧驅動信號
S10~S80‧‧‧步驟
第一圖係為相關技術之太陽能發電系統之太陽能光伏模組與微逆變器之電路方塊示意圖；
第二圖係為相關技術之太陽能發電系統之太陽能光伏模組輸出功率與環境溫度之關係圖；
第三圖係為本發明太陽能發電系統之微逆變器第一實施例之電路方塊示意圖；
第四圖係為本發明太陽能發電系統之微逆變器第一實施例詳細之電路方塊示意圖；
第五圖係為本發明太陽能發電系統之微逆變器第二實施例之電路方塊示意圖；
第六圖係為本發明太陽能發電系統之微逆變器第二實施例詳細之電路方塊示意圖；及
第七圖係為本發明太陽能發電系統微逆變器操作方法之流程圖。
茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下。
請參見第三圖係為本發明太陽能發電系統之微逆變器第一實施例之電路方塊示意圖。該太陽能發電系統之微逆變器係透過一太陽能光伏模組30產生一太陽能光伏模組輸出功率Pv，並且經過該微逆變器10轉換後產生一微逆變器輸出功率Pm。該微逆變器10係包含一直流轉直流轉換器102、一直流轉交流轉換器104、一溫度感測器106以及一微處理器108。該直流轉直流轉換器102係接收該太陽能光伏模組30所產生之一直流電壓Vp，並且轉換該直流電壓Vp為一直流輸出電壓Vt。該直流轉直流轉換器102本質上係為一升壓轉換器(step-up converter)，用以將該直流電壓Vp升壓。對60cell的太陽能光伏模組而言，係將典型值為30伏特的該直流電壓Vp升壓為大約300伏特的該直流輸出電壓Vt。該直流轉交流轉換器104係接收該直流輸出電壓Vt，並且轉換該直流輸出電壓Vt以產生該微逆變器輸出功率Pm。該直流轉交流轉換器104係接收該直流輸出電壓Vt，並且轉換該直流輸出電壓Vt為一交流電源Vac，以提供對後端負載供電之用或與電網併聯供電之用。該溫度感測器106係偵測該太陽能光伏模組30操作時環境溫度Ta，並且產生一溫度偵測信號St。該微處理器108係接收該溫度偵測信號St與一功率提升信號Spb，其中當該功率提升信號Spb致能時，該微處理器108係根據該溫度偵測信號St，取得該太陽能光伏模組輸出功率Pv大小，以產生一第一控制信號S1與一第二控制信號S2，分別控制該直流轉直流轉換器102與該直流轉交流轉換器104，進而增大該微逆變器輸出功率Pm。其中，該功率提升信號Spb係由該微逆變器10內部所產生，但不以此為限，亦可根據使用者實際操作需要，透過外部機制產生該功率提升信號Spb，提供該微逆變器10使用。此外，其中該微逆變器10係更包含一輔助電源單元110。該輔助電源單元110係接收該直流電壓Vp，並且轉換該直流電壓Vp為至少一個直流電壓輸出，例如12伏特、5伏特或3.3伏特等規格的直流輸出電壓，以提供該微處理器108所需之操作電壓Vau。至於該微逆變器10之功率提升操作說明，將於後文有詳細之闡述。
請參見第四圖係為本發明太陽能發電系統之微逆變器第一實施例詳細之電路方塊示意圖。在該太陽能發電系統架構下，該微逆變器10之該微處理器108係包含一比對單元1081、一判斷單元1082、一第一控制信號產生單元1083以及一第二控制信號產生單元1084。該比對單元1081係接收該溫度偵測信號St，以產生一輸出功率比對信號Pvt。該判斷單元1082係接收該輸出功率比對信號Pvt、該功率提升信號Spb、一微逆變器額定輸出功率值Pmr以及一微逆變器最大輸出功率值Pmm，以產生一驅動信號Sd。其中，該微逆變器額定輸出功率值Pmr以及該微逆變器最大輸出功率值Pmm係根據該微逆變器之內部電路元件規格相關，換言之，該微逆變器經過功率提升操作後所能輸出功率值有其上限，亦即為該微逆變器最大輸出功率值Pmm，並且，該微逆變器最大輸出功率值Pmm的上限係根據該微逆變器之內部電路元件規格的不同而有所不同。該第一控制信號產生單元1083係接收該驅動信號Sd，並且產生該第一控制信號S1，進而控制該直流轉直流轉換器102。該第二控制信號產生單元1084係接收該驅動信號Sd，並且產生該第二控制信號S2，進而控制該直流轉交流轉換器104。其中該第一控制信號產生單元1083與該第二控制信號產生單元1084係分別為一脈波寬度調變信號產生單元(PWM signal generator)，並且該第一控制信號S1與該第二控制信號S2係分別為一脈波寬度調變信號(PWM signal)。
其中，當該功率提升信號Spb致能，該驅動信號Sd控制該第一控制信號產生單元1083或該第二控制信號產生單元1084，將該微逆變器輸出功率的最大值由一微逆變器額定輸出功率值提升至一微逆變器最大輸出功率值，並且，若該太陽能光伏模組輸出功率大於該微逆變器最大輸出功率值時，該微逆變器輸出該微逆變器最大輸出功率值，若該太陽能光伏模組輸出功率小於或等於該微逆變器最大輸出功率值時，該微逆變器輸出該太陽能光伏模組輸出功率；當該功率提升信號Spb禁能，該微逆變器輸出功率的最大值為該微逆變器額定輸出功率值，並且，若該太陽能光伏模組輸出功率大於該微逆變器之該微逆變器額定輸出功率值，該微逆變器輸出該微逆變器額定輸出功率值，若該太陽能光伏模組輸出功率小於或等於該微逆變器之該微逆變器額定輸出功率值，該微逆變器輸出該太陽能光伏模組輸出功率。值得一提，該功率提升模式的啟動與否，係可由使用者選擇，換言之，該微逆變器操作在正常模式或功率提升模式的切換，可透過使用者基於實際應用的需要加以調整。亦即，使用者可透過設定該微處理器108的一輸入腳位為高準位(high level)或低準位(low level)，進而分別控制該功率提升信號Spb致能或禁能。再者，使用者可使用電力線通訊(power line communication)技術設定該功率提升信號，以控制該功率提升模式的啟動與否。
請參見第五圖係為本發明太陽能發電系統之微逆變器第二實施例之電路方塊示意圖。該太陽能發電系統之微逆變器，係透過一太陽能光伏模組30產生一太陽能光伏模組輸出功率Pv，並且經過該微逆變器20轉換後產生一微逆變器輸出功率Pm。該微逆變器20係包含一直流轉直流轉換器202、一直流轉交流轉換器204、一電壓感測器206、一電流感測器208以及一微處理器210。該直流轉直流轉換器202係接收該太陽能光伏模組30所產生之一直流電壓Vp，並且轉換該直流電壓Vp為一直流輸出電壓Vt。該直流轉直流轉換器102本質上係為一升壓轉換器(step-up converter)，用以將該直流電壓Vp升壓。對60cell的太陽能光伏模組而言，係將典型值為30伏特的該直流電壓Vp升壓為大約300伏特的該直流輸出電壓Vt。該直流轉交流轉換器204係接收該直流輸出電壓Vt，並且轉換該直流輸出電壓Vt以產生該微逆變器輸出功率Pm。該電壓感測器206係偵測該太陽能光伏模組30所產生該直流電壓Vp大小，並且產生一電壓偵測信號Sv。該電流感測器208係偵測該太陽能光伏模組30所產生該直流電流Ip大小，並且產生一電流偵測信號Si。該微處理器210係接收該電壓偵測信號Sv、該電流偵測信號Si與一功率提升信號Spb，其中當該功率提升信號Spb致能時，該微處理器210係根據該電壓偵測信號Sv與該電流偵測信號Si的乘積，取得該太陽能光伏模組輸出功率Pv大小，產生一第一控制信號S1與一第二控制信號S2，以分別控制該直流轉直流轉換器202與該直流轉交流轉換器204，進而增大該微逆變器輸出功率Pm。此外，其中該微逆變器20係更包含一輔助電源單元212。該輔助電源單元212係接收該直流電壓Vp，並且轉換該直流電壓Vp為至少一個直流電壓輸出，例如12伏特、5伏特或3.3伏特等規格的直流輸出電壓，以提供該微處理器210所需之操作電壓Vau。至於該微逆變器20之功率提升操作說明，將於後文有詳細之闡述。
請參見第六圖係為本發明太陽能發電系統之微逆變器第二實施例詳細之電路方塊示意圖。在該太陽能發電系統架構下，該微逆變器20之該微處理器210係包含一乘法單元2101、一判斷單元2102、一第一控制信號產生單元2103以及一第二控制信號產生單元2104。該乘法單元2101係接收該電壓偵測信號Sv與該電流偵測信號Si，並計算該電壓偵測信號Sv與該電流偵測信號Si的乘積，以產生一輸出功率計算信號Pvc。該判斷單元2102係接收該輸出功率計算信號Pvc、該功率提升信號Spb、一微逆變器額定輸出功率值Pmr以及一微逆變器最大輸出功率值Pmm，以產生一驅動信號Sd。其中，該微逆變器額定輸出功率值Pmr以及該微逆變器最大輸出功率值Pmm係根據該微逆變器之內部電路元件規格相關，換言之，該微逆變器經過功率提升操作後所能輸出功率值有其上限，亦即為該微逆變器最大輸出功率值Pmm，並且，該微逆變器最大輸出功率值Pmm的上限係根據該微逆變器之內部電路元件規格的不同而有所不同。該第一控制信號產生單元2103係接收該驅動信號Sd，並且產生該第一控制信號S1，進而控制該直流轉直流轉換器202。該第二控制信號產生單元2104係接收該驅動信號Sd，並且產生該第二控制信號S2，進而控制該直流轉交流轉換器204。其中該第一控制信號產生單元2103與該第二控制信號產生單元2104係分別為一脈波寬度調變信號產生單元(PWM signal generator)，並且該第一控制信號S1與該第二控制信號S2係分別為一脈波寬度調變信號(PWM signal)。
其中，當該功率提升信號Spb致能，該驅動信號Sd控制該第一控制信號產生單元2103或該第二控制信號產生單元2104，將該微逆變器輸出功率的最大值由一微逆變器額定輸出功率值提升至一微逆變器最大輸出功率值，並且，若該太陽能光伏模組輸出功率大於該微逆變器最大輸出功率值時，該微逆變器輸出該微逆變器最大輸出功率值，若該太陽能光伏模組輸出功率小於或等於該微逆變器最大輸出功率值時，該微逆變器輸出該太陽能光伏模組輸出功率；當該功率提升信號Spb禁能，該微逆變器輸出功率的最大值為該微逆變器額定輸出功率值，並且，若該太陽能光伏模組輸出功率大於該微逆變器之該微逆變器額定輸出功率值，該微逆變器輸出該微逆變器額定輸出功率值，若該太陽能光伏模組輸出功率小於或等於該微逆變器之該微逆變器額定輸出功率值，該微逆變器輸出該太陽能光伏模組輸出功率。值得一提，該功率提升模式的啟動與否，係可由使用者選擇，換言之，該微逆變器操作在正常模式或功率提升模式的切換，可透過使用者基於實際應用的需要加以調整。亦即，使用者可透過設定該微處理器210的一輸入腳位為高準位(high level)或低準位(low level)，進而分別控制該功率提升信號Spb致能或禁能。
請參見第七圖係為本發明太陽能發電系統微逆變器操作方法之流程圖。該太陽能發電系統係透過一太陽能光伏模組輸出一太陽能光伏模組輸出功率，經由一微逆變器接收，並且該微逆變器轉換該太陽能光伏模組輸出功率後輸出一微逆變器輸出功率。該太陽能發電系統微逆變器之操作方法係包含下列步驟。首先，取得該太陽能光伏模組所輸出之該太陽能光伏模組輸出功率(S10)。值得一提，可以查找表(lookup table)方式取得該太陽能光伏模組輸出功率大小，該查找表係包含該太陽能光伏模組操作在不同的環境溫度時，所對應的不同該太陽能光伏模組輸出功率。其中，該太陽能光伏模組操作時環境溫度係透過一溫度感測器所測得。或者，可直接計算該太陽能光伏模組所產生直流電壓與直流電流的乘積，取得該太陽能光伏模組輸出功率大小。其中，可使用電壓感測器與電流感測器分別偵測該太陽能光伏模組所產生的直流電壓與直流電流大小。然後，判斷該微逆變器是否啟動一功率提升模式(power-boosting mode)或亦可稱為能量提升模式(energy-boosting mode)(S20)。其中，該功率提升模式的啟動與否，係可由使用者選擇，換言之，該微逆變器操作在正常模式或功率提升模式的切換，可透過使用者基於實際應用的需要加以調整。至於該微逆變器操作在正常模式或功率提升模式的說明，將在文中加以詳述。在該步驟(S20)之後，若該微逆變器沒有啟動該功率提升模式，則判斷該太陽能光伏模組輸出功率是否大於該微逆變器之一微逆變器額定輸出功率值(S60)。其中，該微逆變器額定輸出功率值係指當該微逆變器完成後，在正常的工作環境下能夠維持長時間穩定輸出的有效功率。反之，在該步驟(S20)之後，若該微逆變器啟動該功率提升模式，則將該微逆變器輸出功率的最大值由該微逆變器額定輸出功率值提升至一微逆變器最大輸出功率值(S30)。承上所述，當該微逆變器操作在正常模式時，該微逆變器可輸出功率的最大值即為該微逆變器額定輸出功率值。當該微逆變器操作在功率提升模式時，該微逆變器可輸出功率的最大值即為該微逆變器最大輸出功率值。
在該步驟(S30)之後，判斷該太陽能光伏模組輸出功率是否大於該微逆變器最大輸出功率值(S40)。若該太陽能光伏模組輸出功率大於該微逆變器最大輸出功率值，則該微逆變器輸出該微逆變器最大輸出功率值(S50)。反之，若該太陽能光伏模組輸出功率小於或等於該微逆變器最大輸出功率值，則該微逆變器輸出該太陽能光伏模組輸出功率(S70)。在該步驟(S60)之後，若該太陽能光伏模組輸出功率小於或等於該微逆變器之該微逆變器額定輸出功率值，則該微逆變器輸出該太陽能光伏模組輸出功率(S70)。反之，若該太陽能光伏模組輸出功率大於該微逆變器之該微逆變器額定輸出功率值，則該微逆變器輸出該微逆變器額定輸出功率值(S80)。
為了方便說明，以下將以合理之假設數據為例，進一步說明該太陽能發電系統微逆變器操作方法。假設在環境溫度為25℃的條件下，該太陽能光伏模組之輸出功率為250瓦特。由於該太陽能光伏模組與周圍環境溫度會呈現負溫度係數衰減的關係，因此，假設在環境溫度為0℃的條件下，該太陽能光伏模組之輸出功率為280瓦特；在環境溫度為-30℃的條件下，該太陽能光伏模組之輸出功率為320瓦特。此外，再假設太陽能系統的建置商所選購該微逆變器的該微逆變器額定輸出功率值為250瓦特，並且該微逆變器可透過前述功率提升的技術，將輸出功率的最大值由該微逆變器額定輸出功率值250瓦特提升至該微逆變器最大輸出功率值300瓦特。
在上述假設條件下，以下，將以三種不同該太陽能光伏模組之輸出功率為例，加以說明。
(1)假設該太陽能光伏模組之輸出功率為230瓦特。換言之，該太陽能光伏模組與該微逆變器操作在約為45℃的周圍環境溫度下。該太陽能光伏模組所輸出之該太陽能光伏模組輸出功率可透過該太陽能光伏模組的溫度與輸出功率曲線，估測出該太陽能光伏模組之輸出功率為230瓦特，亦或，透過該太陽能光伏模組所輸出之該直流電壓與直流電流，計算出該太陽能光伏模組之輸出功率為230瓦特。由於該太陽能光伏模組輸出功率(230瓦特)小於或等於該微逆變器額定輸出功率值(250瓦特)，因此，無論使用者有無啟動該微逆變器之功率提升模式，該微逆變器輸出功率的大小即為該太陽能光伏模組輸出功率(230瓦特)。
(2)假設該太陽能光伏模組之輸出功率為280瓦特。換言之，該太陽能光伏模組與該微逆變器操作在約為0℃的周圍環境溫度下。該太陽能光伏模組所輸出之該太陽能光伏模組輸出功率可透過該太陽能光伏模組的溫度與輸出功率曲線，估測出該太陽能光伏模組之輸出功率為280瓦特，亦或，透過該太陽能光伏模組所輸出之該直流電壓與直流電流，計算出該太陽能光伏模組之輸出功率為280瓦特。由於該太陽能光伏模組輸出功率(280瓦特)大於該微逆變器額定輸出功率值(250瓦特)，因此，若使用者沒有啟動該微逆變器之功率提升模式，該微逆變器輸出功率的大小則受限於該微逆變器額定輸出功率值(250瓦特)。反之，若使用者有啟動該微逆變器之功率提升模式，該微逆變器輸出功率的最大值則可由該微逆變器額定輸出功率值(250瓦特)提升至該微逆變器最大輸出功率值(300瓦特)。並且，由於該太陽能光伏模組之輸出功率(280瓦特)小於或等於該微逆變器最大輸出功率值(300瓦特)，因此，該微逆變器輸出功率的大小即為該太陽能光伏模組輸出功率(280瓦特)，亦即，由於透過對該微逆變器的功率提升，使得該太陽能光伏模組所產生的輸出功率能夠完全地透過該微逆變器輸出。
(3)假設該太陽能光伏模組之輸出功率為320瓦特。換言之，該太陽能光伏模組與該微逆變器操作在約為-30℃的周圍環境溫度下。該太陽能光伏模組所輸出之該太陽能光伏模組輸出功率可透過該太陽能光伏模組的溫度與輸出功率曲線，估測出該太陽能光伏模組之輸出功率為320瓦特，亦或，透過該太陽能光伏模組所輸出之該直流電壓與直流電流，計算出該太陽能光伏模組之輸出功率為320瓦特。由於該太陽能光伏模組輸出功率(320瓦特)大於該微逆變器額定輸出功率值(250瓦特)，因此，若使用者沒有啟動該微逆變器之功率提升模式，該微逆變器輸出功率的大小則受限於該微逆變器額定輸出功率值(250瓦特)。反之，若使用者有啟動該微逆變器之功率提升模式，該微逆變器輸出功率的最大值則可由該微逆變器額定輸出功率值(250瓦特)提升至該微逆變器最大輸出功率值(300瓦特)。然而，由於該太陽能光伏模組之輸出功率(320瓦特)大於該微逆變器最大輸出功率值(300瓦特)，因此，該微逆變器輸出功率的大小即為該微逆變器最大輸出功率值(300瓦特)，亦即，由於透過對該微逆變器的功率提升，使得該太陽能光伏模組所產生的輸出功率，能夠透過該微逆變器由原本未進行功率提升操作的250瓦特(該微逆變器額定輸出功率值)增加為功率提升操作後所輸出的300瓦特(該微逆變器最大輸出功率值)。
綜上所述，本發明係具有以下之特徵與優點：
1、利用太陽能電池本身溫度與最大輸出功率為負溫度特性，使得當該太陽能光伏模組操作於低溫環境所能輸出更大功率，以提供功率提升模式操作選擇；
2、使用者可透過設定該微處理器的一輸入腳位為高準位(high level)或低準位(low level)控制是否啟動該功率提升模式；當該功率提升模式沒有啟動時，則該微逆變器僅提供正常操作之輸出功率，當該功率提升模式被啟動後，則該微逆變器的輸出功率可提升至該微逆變器最大輸出功率值；
3、當該功率提升模式啟動後，可以在不需要增加太陽能光伏模組設備下，增加該微逆變器的輸出功率，以提高該太陽能光伏模組輸出功率的利用率，換言之，可在同樣的發電成本下，提供更高的發電效率；
4、該微逆變器具有功率提升模式的控制，在同樣太陽能發電系統架構下，太陽能系統的建置商可選購額定輸出功率較小的微逆變器，再透過功率提升模式啟動，同樣可提高該微逆變器的輸出功率，如此將可降低設備成本；或者，選擇額定輸出功率更為合適的微逆變器，以增加該微逆變器的使用適應性；及
5、該微逆變器具有功率提升模式的控制，因此該太陽能光伏模組與該微逆變器的搭配使用，可有效地並廣泛地應用在不同的國家區域，特別是溫度特別寒冷的國家區域，以提高該功率提升模式使用的價值。
惟，以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
 
S10~S80‧‧‧步驟

Claims (20)

  1. 一種太陽能發電系統之微逆變器，係透過一太陽能光伏模組產生一太陽能光伏模組輸出功率；該微逆變器係包含：
    一直流轉直流轉換器，係接收該太陽能光伏模組所產生之一直流電壓，並且產生一直流輸出電壓；
    一直流轉交流轉換器，係接收該直流輸出電壓，並且產生一微逆變器輸出功率；
    一溫度感測器，係偵測該太陽能光伏模組操作時環境溫度，並且產生一溫度偵測信號；及
    一微處理器，係接收該溫度偵測信號與一功率提升信號，其中當該功率提升信號致能時，該微處理器係根據該溫度偵測信號，對應取得該太陽能光伏模組的輸出功率值，以產生一第一控制信號控制該直流轉直流轉換器以及產生一第二控制信號控制該直流轉交流轉換器，進而增大該微逆變器的輸出功率值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能發電系統之微逆變器，其中該微處理器係更包含：
    一比對單元，係接收該溫度偵測信號，以產生一輸出功率比對信號；
    一判斷單元，係接收該輸出功率比對信號、該功率提升信號以及該微逆變器的輸出功率值，以產生一驅動信號；
    一第一控制信號產生單元，係接收該驅動信號，並且產生該第一控制信號；及
    一第二控制信號產生單元，係接收該驅動信號，並且產生該第二控制信號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能發電系統之微逆變器，其中，當該功率提升信號致能時，該驅動信號控制該第一控制信號產生單元或該第二控制信號產生單元，將該微逆變器的輸出功率最大值由一額定輸出功率值提升至一最大輸出功率值，並且，若該太陽能光伏模組的輸出功率值大於該最大輸出功率值時，該微逆變器的輸出功率為該最大輸出功率值，若該太陽能光伏模組的輸出功率值小於或等於該最大輸出功率值時，該微逆變器的輸出功率為該太陽能光伏模組的輸出功率值。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能發電系統之微逆變器，其中，當該功率提升信號禁能時，該微逆變器的輸出功率最大值為一額定輸出功率值，並且，若該太陽能光伏模組的輸出功率值大於該額定輸出功率值，該微逆變器的輸出功率為該額定輸出功率值，若該太陽能光伏模組的輸出功率值小於或等於該額定輸出功率值，該微逆變器的輸出功率為該太陽能光伏模組的輸出功率值。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能發電系統之微逆變器，其中該比對單元係為一查找表(lookup table)，並且該查找表係包含該太陽能光伏模組操作在不同的環境溫度時，所對應的不同該太陽能光伏模組輸出功率；其中根據該溫度偵測信號偵測到該太陽能光伏模組操作時的環境溫度，以查找表方式取得所對應的該太陽能光伏模組輸出功率。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能發電系統之微逆變器，其中該額定輸出功率值以及該最大輸出功率值係根據該微逆變器之內部電路元件規格所決定。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能發電系統之微逆變器，其中該微逆變器係更包含：
    一輔助電源單元，係接收該直流電壓，並且轉換該直流電壓為至少一個直流電壓輸出，以提供該微處理器所需之操作電壓。
  8. 一種太陽能發電系統之微逆變器，係透過一太陽能光伏模組產生一太陽能光伏模組輸出功率；該微逆變器係包含：
    一直流轉直流轉換器，係接收該太陽能光伏模組所產生之一直流電壓，並且產生一直流輸出電壓；
    一直流轉交流轉換器，係接收該直流輸出電壓，並且產生一微逆變器輸出功率；
    一電壓感測器，係偵測該太陽能光伏模組所產生該直流電壓大小，並且產生一電壓偵測信號；
    一電流感測器，係偵測該太陽能光伏模組所產生一直流電流大小，並且產生一電流偵測信號；及
    一微處理器，係接收該電壓偵測信號、該電流偵測信號與一功率提升信號，其中當該功率提升信號致能時，該微處理器係根據該電壓偵測信號與該電流偵測信號的乘積，取得該太陽能光伏模組的輸出功率值，以產生一第一控制信號控制該直流轉直流轉換器以及產生一第二控制信號控制該直流轉交流轉換器，進而增大該微逆變器的輸出功率值。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之太陽能發電系統之微逆變器，其中該微處理器係更包含：
    一乘法單元，係接收該電壓偵測信號與該電流偵測信號，並計算該電壓偵測信號與該電流偵測信號的乘積，以產生一輸出功率計算信號；
    一判斷單元，係接收該輸出功率計算信號、該功率提升信號以及該微逆變器的輸出功率值，以產生一驅動信號；
    一第一控制信號產生單元，係接收該驅動信號，並且產生該第一控制信號；及
    一第二控制信號產生單元，係接收該驅動信號，並且產生該第二控制信號。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之太陽能發電系統之微逆變器，其中當該功率提升信號致能時，該驅動信號控制該第一控制信號產生單元或該第二控制信號產生單元，將該微逆變器的輸出功率最大值由一額定輸出功率值提升至一最大輸出功率值，並且，若該太陽能光伏模組的輸出功率值大於該最大輸出功率值時，該微逆變器的輸出功率為該最大輸出功率值，若該太陽能光伏模組的輸出功率值小於或等於該最大輸出功率值時，該微逆變器的輸出功率為該太陽能光伏模組的輸出功率值。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之太陽能發電系統之微逆變器，其中當該功率提升信號禁能時，該微逆變器的輸出功率最大值為一額定輸出功率值，並且，若該太陽能光伏模組的輸出功率值大於該額定輸出功率值，該微逆變器的輸出功率為該額定輸出功率值，若該太陽能光伏模組的輸出功率值小於或等於該額定輸出功率值，該微逆變器的輸出功率為該太陽能光伏模組的輸出功率值。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之太陽能發電系統之微逆變器，其中該額定輸出功率值以及該最大輸出功率值係根據該微逆變器之內部電路元件所決定。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之太陽能發電系統之微逆變器，其中該微逆變器係更包含：
    一輔助電源單元，係接收該直流電壓，並且轉換該直流電壓為至少一個直流電壓輸出，以提供該微處理器所需之操作電壓。
  14. 一種太陽能發電系統微逆變器之操作方法，係透過一太陽能光伏模組輸出一太陽能光伏模組輸出功率，經由一微逆變器接收並且產生一微逆變器輸出功率；該操作方法係包含下列步驟：
    (a)取得該太陽能光伏模組的輸出功率值；
    (b)判斷該微逆變器是否啟動一功率提升模式(power-boosting mode)；
    (c)若該微逆變器啟動該功率提升模式，則將該微逆變器的輸出功率最大值由一額定輸出功率值提升至一最大輸出功率值；
    (d)判斷該太陽能光伏模組的輸出功率值是否大於該最大輸出功率值；及
    (e)若該太陽能光伏模組的輸出功率值大於該最大輸出功率值，則該微逆變器的輸出功率為該最大輸出功率值。
  15. 如申請專利範圍第14所述之太陽能發電系統微逆變器操作方法，其中在步驟(b)之後，若該微逆變器沒有啟動該功率提升模式，則包含下列步驟：
    (f)判斷該太陽能光伏模組的輸出功率值是否大於該額定輸出功率值；及
    (g)若該太陽能光伏模組的輸出功率值大於該額定輸出功率值，則該微逆變器的輸出功率為該額定輸出功率值。
  16. 如申請專利範圍第15所述之太陽能發電系統微逆變器操作方法，其中在步驟(f)之後，若該太陽能光伏模組的輸出功率值小於或等於該額定輸出功率值，則該微逆變器的輸出功率為該太陽能光伏模組的輸出功率值。
  17. 如申請專利範圍第14所述之太陽能發電系統微逆變器操作方法，其中在步驟(d)之後，若該太陽能光伏模組的輸出功率值小於或等於該最大輸出功率值，則該微逆變器的輸出功率為該太陽能光伏模組的輸出功率值。
  18. 如申請專利範圍第14所述之太陽能發電系統微逆變器操作方法，其中在步驟(a)中，以查找表(lookup table)方式取得該太陽能光伏模組的輸出功率值，該查找表係包含該太陽能光伏模組操作在不同的環境溫度時，所對應的不同該太陽能光伏模組輸出功率。
  19. 如申請專利範圍第18所述之太陽能發電系統微逆變器操作方法，其中該太陽能光伏模組操作時環境溫度係透過一溫度感測器所測得。
  20. 如申請專利範圍第14所述之太陽能發電系統微逆變器操作方法，其中在步驟(a)中，以直接計算該太陽能光伏模組所產生直流電壓與直流電流的乘積，取得該太陽能光伏模組的輸出功率值。
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