[发明专利]一种分散式最大功率追踪的光伏系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分散式电源的发电系统，尤其涉及一种具有分散式最大功率追踪(即DMPPT)的光伏系统及其控制方法。

背景技术

近来可再生能源逐渐受到关注，使得分散式电源(例如光伏(PV)电池、燃料电池、车用电池等)的研究愈来愈多。在考虑许多因素(例如电压/电流需求、操作条件、可靠度、安全性、成本...等)之下，也有相当多的拓朴架构已经被提出用以将这些分散式电源连接至负载。这些分散式直流电源大多只能提供低电压输出。一般而言，一个单元(cell)仅能提供几伏特，而一个由多个单元串接而成的模组则可供几十伏特。因此，它们需要串接成一模组，以便达到所需的操作电压。然而，一个模组(即串接而成的一组单元，一般为60个单元)并无法提供所需的电流，故需要将多个模组加以并联，以便提供所需的电流。

再者，由于分散式电源的每一次的发电量会根据制程条件、操作条件与环境条件而有不同。举例而言，许多制造过程中的不一致将使得两个相同的电源具有不同的输出特性。同样地，两个相同的电源也会由于不同的操作条件与/或环境条件(例如负载、温度...)，而有不同的反应(影响)。在实际的设备中，不同的电源也可能会遭受不同的环境条件。举例而言，在光伏电源发电设备中，某些光伏面板会完全地暴露在太阳光之下，而另一部分则会被遮蔽，故会产生不同的输出功率。在一多电池设备中，某些电池会具有不同老化程度，故会产生不同的输出功率。

参见图1，其为光伏(photovoltaic；PV)电池的电压特性曲线与电流特性曲线。对每个光伏电池而言，输出电流会随着输出电压的增加而减少。光伏电池的输出功率等于输出电流与输出电压的乘积(即P＝I×V)，并且会随着光伏电池所获得的输出电压而变化。光伏电池在不同的日照条件(irradiating condition)下会具有不同的输出电流与输出电压。在某一特定输出电压时，其输出功率将可到达一最大功率点MPP(即功率-电压曲线的最大值)。光伏电池最好能操作在最大功率点MPP，并且所谓的最大功率点跟踪(maximum power point tracking；MPPT)的目的是在于找出此点，并将系统操作于最大功率点MPP之上，以便从光伏电池中获得最大的输出功率。然而，在真实的情况下，将每个光伏电池都操作在其最大功率点上是十分困难的。

参见图2，其所示为光伏系统200的最大功率点跟踪的原理。如图所示，光伏面板(由多个光伏模组组成)210是藉由一正输出端211与一负输出端212连接至一直流-直流转换器220。直流-直流转换器220用以供应电力/能量(power)至一负载230。在光伏系统200中，正输出端211所耦接的电压传感器222用以采样直流-直流转换器220的输入电压(即光伏面板210的输出电压)，而负输出端212所耦接的电流传感器223则用以采样直流-直流转换器220的输入电流(即光伏面板210的输出电流)。乘法器224用以将电流传感器223所感测到的输入电流信号和电压传感器222所感测到的输入电压信号相乘，以便产生一功率信号。最大功率点跟踪控制器221则用以根据此功率信号，将光伏系统200操作在最大功率点之下。