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    一種太陽能發電裝置600及其類比式最大功率追蹤電路660。類比式最大功率追蹤電路660係透過高照度功率漸近線540，來近似高照度範圍的多個最大功率點MPP，並透過低照度功率漸近線530，來近似於低照度範圍的多個最大功率點MPP，同時依據高照度功率漸近線540及低照度功率漸近線530的交叉點電壓Vx，來選擇將利用高照度功率漸近線540或是低照度功率漸近線530，以產生最大功率電壓。藉此，本發明可快速的找到對應於當下照度的最大功率電壓，進而降低太陽能發電裝置的太陽能電池的功率耗損。
    公开号:TW201320362A
    申请号:TW100140422
    申请日:2011-11-04
    公开日:2013-05-16
    发明作者:Yi-Hua Liu；Jia-Wei Huang
    申请人:Univ Nat Taiwan Science Tech；
    IPC主号:Y02E10-00
    专利说明:
    太陽能發電裝置及其類比式最大功率追蹤電路
    本發明係與一種發電裝置有關，且特別是與一種太陽能發電裝置及其類比式最大功率追蹤電路有關。
    近年來，由於環保意識的逐漸高漲，以及太陽能電池、電力電子及微電子技術的快速發展，太陽能發電逐漸被實現並應用於生活中。在許多太陽能的應用中，都證明了太陽能發電系統的經濟性係優於柴油機發電系統。由於太陽能發電系統具有全自動、高可靠性、無需人看守等特點，因此非常適合偏遠地區使用。然而，在使用太陽能電池時，需要了解太陽能電池之工作特性，並且太陽能電池往往會受到當下太陽光照度大小不同而有所影響，以致於產生不同之輸出功率。
    圖1為對應於照度之太陽能電池的輸出功率與輸出電壓之變化示意圖。請參照圖1，在不同照度下，太陽能電池的輸出功率與輸出電壓的對應關係並不相同，因此常常需要透過最大功率追蹤器，以使得太陽能電池得以在最大功率輸出點下進行操作。因此，在太陽能發電系統中，最大功率追蹤器常扮演著很重要的角色。現今已發展出許多不同之最大功率追蹤技術，一般常見的最大功率追蹤技術為電壓迴授法、功率迴授法、擾動觀察法及增量電導法等四種方法。
    擾動觀察法(perturb and observe algorithms,P&O)是一種較為常用的最大功率追蹤方法，其中擾動觀察法是一種數位式最大功率追蹤技術。擾動觀察法的原理是透過擾動開關的工作週期來變動太陽能電池的輸出電壓，再量測功率變化，並且和擾動之前功率做比較。若擾動後功率增加，則表示擾動的方向(即增加輸出電壓或減少輸出電壓)正確，可朝同一方向繼續擾動；反之，若擾動後功率減小，則表示擾動方向不正確，必須進行反向擾動，直到太陽能電池的最大功率點被追蹤到為止。但擾動觀察法在太陽能電池於最大功率點下工作時，仍會對太陽能發電系統進行擾動，而使得太陽能電池的輸出電壓會在最大功率點附近回來移動，進而造成系統震盪並增加太陽能發電系統的功率損失。此外，擾動觀察法的擾動值為重要的運作參數，當選擇較大擾動值時，則可較快地追蹤到最大功率點，但是在最大功率點下的擾動較大，進而造成較大的擾動功率損失；反之，當選擇較小的擾動值時，則追蹤到最大功率點的速度較慢，但在最大功率點的擾動較小，因此所造成的擾動損失較小。
    增量電導法(incremental conductance algorithm)則是另一種較常用的最大功率追蹤方法，其中增量電導法亦是一種數位式最大功率追蹤技術。圖2為增量電導法的操作示意圖。請參照圖2，增量電導法目的就是讓太陽能電池的輸出電壓達到最大功率點電壓Vmax，以得到最大的輸出功率。而在最大功率Pmax的斜率為零，由下述方程式(1)及(2)可知，當太陽能電池的輸出電壓於最大功率點之左側時(即小於最大功率點的區域)下操作時，(dP/dV)>0；反之，當太陽能電池的輸出電壓於最大功率點之右側時(即大於最大功率點的區域)下操作時，(dP/dV)<0。
    其中，P為太陽能電池的輸出功率，V為太陽能電池的輸出電壓，I為太陽能電池的輸出電流，當(dP/dV)=0時，可化簡第(1)整理後可得
    當符合上方程式(2)時，表示系統已到達最大功率點，此時便不必再對系統做電壓的變動。在程式設計上，電壓增加量和電壓減少量會影響太陽能發電系統追蹤達到最大功率點的速度，以致於在程式執行上會較其它最大功率追蹤方法複雜，並且在實際量測時，最大功率追蹤的效果會因為電壓感測器及電流感測器之精準度而有不同。
    定電壓控制法是一種最簡易的最大功率追蹤方法，其中定電壓控制法是一種類比式最大功率追蹤技術。圖3為定電壓控制法的操作示意圖。請參照圖3，定電壓控制法為將太陽能電池之輸出電壓控制在電壓VOP，預設此電壓VOP為對應所有最大功率點的操作電壓。由於此特定電壓並非為太陽能電池對應於當下照度的最大功率操作點，因此定電壓控制法的太陽能追蹤效率較不好，亦即太陽能電池整體的功率耗損較大。
    直線性近似法是另一種簡易的最大功率追蹤方法，其中直線性近似法亦是一種類比式最大功率追蹤技術。圖4為直線性近似法的操作示意圖。直線性近似法以一近似於太陽能電池在不同照度下的多個最大功率點的功率近似線410，並依據功率漸近線410來操作太陽能電池的輸出電壓，並藉以達成最大功率追蹤。直線性近似法的最大功率追蹤效率係較定電壓控制法好，亦即太陽能電池整體的功率耗損較低，但仍會有一定的功率耗損。
    本發明提供一種太陽能發電裝置及其類比式最大功率追蹤電路，其係透過兩條分別近似於不同照度範圍的最大功率點之功率漸近線，並以此兩條功率漸近線的交叉點電壓來選擇所使用的功率漸近線，而透過所使用的功率漸近線來快速的找到對應當下照度的最大功率電壓。並且，由於本發明係透過兩條分別近似不同照度範圍的最大功率點之功率漸近線，因此所找到的最大功率電壓會更貼近實際的最大功率點，以降低太陽能發電裝置整體的功率耗損。
    本發明提出一種太陽能發電裝置，其包括太陽能電池、直流對直流轉換電路、電流偵測單元、電壓偵測單元、控制單元及類比式最大功率追蹤電路。太陽能電池係用以提供輸出電壓及輸出電流。直流對直流轉換電路，係耦接至太陽能電池，並可接收脈寬調變信號，以依據脈寬調變信號而將輸出電壓及輸出電流轉換為操作電壓。電流偵測單元係耦接至太陽能電池，以偵測輸出電流並輸出第一偵測電壓。電壓偵測單元係耦接至太陽能電池，以偵測輸出電壓並輸出第二偵測電壓。控制單元係耦接至電壓偵測單元，並可接收最大功率電壓，以產生脈寬調變信號，並依據第二偵測電壓與最大功率電壓的比較結果，來調整脈寬調變信號的脈波寬度。類比式最大功率追蹤電路係耦接至電流偵測單元、電壓偵測單元及控制單元，以依據第二偵測電壓以及第一功率漸近線與第二功率漸近線的交叉點電壓的比較結果，來選擇第一功率漸近線及第二功率漸近線的其中之一者，並依據所選擇的第一功率漸近線或第二功率漸近線以及第一偵測電壓，來產生最大功率電壓，其中第一功率漸近線以及第二功率漸近線係用來近似多個最大功率點，第一功率漸近線及第二功率漸近線的斜率並不相同，且係對應於不同照度範圍。
    本發明提出一種類比式最大功率追蹤電路，其係適用於太陽能發電裝置中。類比式最大功率追蹤電路包括有開關、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、比較器及單位增益反向放大器。開關具有第一端、第二端及第三端。第一電阻係耦接於第一電壓與第一端之間，其中該第一電壓係對應於太陽能電池的一輸出電流。第二電阻係耦接於參考電壓與第一端之間。第三電阻耦接於第一電壓與第二端之間。第四電阻耦接於參考電壓與第二端之間。比較器係耦接至該開關，以將第二電壓以及第一功率漸近線與第二功率漸近線的交叉點電壓進行比較，並依據比較結果來控制第三端係耦接至第一端或第二端，其中該第二電壓係對應於太陽能電池的輸出電壓。運算放大器係具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端，第一輸入端係耦接至第三端，第二輸入端係耦接至接地電壓。第五電阻係耦接至於第一輸入端與輸出端之間。單位增益反向放大器係耦接至輸出端，以輸出最大功率電壓。其中，藉由第一電阻、第二電阻、第五電阻、第一電壓及參考電壓之數值，可以求得第一功率漸近線，藉由第三電阻、第四電阻、第五電阻、第一電壓及參考電壓之數值，則可以求得第二功率漸近線，第一電阻的電阻值係與第三電阻的電阻值不同，第一功率漸近線及第二功率漸近線係對應於不同照度範圍。
    在本發明之一實施例中，第一功率漸近線可以為a‧VIPV+b，且a=R5/R1，b=Vref×R5/R2，其中R1為第一電阻的電阻值，R2為第二電阻的電阻值，R5為第五電阻的電阻值，VIPV為第一偵測電壓，Vref為參考電壓。
    在本發明之一實施例中，第二功率漸近線可以為c‧VIPV+d，且c=R5/R3，d=Vref×R5/R4，其中R3為第三電阻的電阻值，R4為第四電阻的電阻值，R5為第五電阻的電阻值，VIPV為第一偵測電壓，Vref為參考電壓。
    在本發明之一實施例中，類比式最大功率追蹤電路更可以包括電壓補償單元，其係耦接至單位增益反向放大器的輸出端，以在對最大功率電壓進行溫度補償後加以輸出。
    在本發明之一實施例中，電壓補償單元包括加法器，以總和單位增益反向放大器輸出的最大功率電壓與溫度補償電壓，其中當太陽能電池的運作溫度為增加時，則溫度補償電壓為負電壓，當太陽能電池的運作溫度為減少時，則溫度補償電壓為正電壓。
    在本發明之一實施例中，第一功率漸近線所對應的照度範圍，係低於第二功率漸近線所對應的照度範圍。
    在本發明之一實施例中，第三端係被預設為耦接至第一端。
    在本發明之一實施例中，開關係為一類比開關。
    在本發明之一實施例中，第一功率漸近線係對應於這些最大功率點中之多個第一最大功率點與一第二最大功率點，第二功率漸近線係對應這些最大功率點中之第二最大功率點及多個第三最大功率點，這些第一最大功率點所對應的照度範圍係與這些第三最大功率點所對應的照度範圍不同。
    基於上述說明，本發明實施例的太陽能發電裝置及其之類比式最大功率追蹤電路，係利用對應於不同照度範圍且斜率不同的第一功率漸近線及第二功率漸近線，而近似於多個最大功率點，並依據第一功率漸近線及第二功率漸近線所產生之最大功率電壓，來降低因最大功率電壓與對應的最大功率點之差距所造成的功率耗損，並透過類比操作的方式，來提高最大功率電壓的找尋速度。
    為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
    圖5為依據本發明一實施例的太陽能電池於不同照度下的輸出功率及輸出電壓與功率漸近線的對應示意圖。請參照圖5，在本實施例中，太陽能電池的輸出電壓與輸出電流的特徵線501~520分別對不同照度，並且特徵線501~520分別對應的照度為由低至高。進一步來說，假設太陽能電池的照度範圍為0~1000 W/m2，則特徵線501對應的照度約為50 W/m2，特徵線502對應的照度約為100 W/m2，其餘則以此類推，並且特徵線520對應的照度約為最大照度(即1000 W/m2)。
    在每一特徵線501~520上分別具有一最大功率點MPP，此最大功率點MPP為對應的輸出電壓與對應的輸出電流的乘積在對應的特徵線(如501~520)上為最大值。一般而言，太陽能電池的技術手冊至少會提供太陽能電池的短路電流Isc、開路電流Voc、最佳電壓Vopt及最佳電流Iopt，其中最佳電壓Vopt及最佳電流Iopt分別為對應最大照度的特徵線(即520)上最大功率點MPP所對應的輸出電壓及對應的輸出電流。並且，太陽能電池的輸出電壓與輸出電流的特徵線501~520可以利用太陽能電池的技術手冊所提供的短路電流Isc、開路電流Voc、最佳電壓Vopt及最佳電流Iopt計算而得到，但在本發明其他實施例不以此為限。
    由於特徵線501~520上的最大功率點MPP並非以直線性分佈，因此以單一功率漸近線來近似時(如圖4所示功率漸近線410)，某些特徵線的最大功率點MPP會離功率漸近線較遠，以致於造成較大的功率耗損。依據上述，本發明的一實施例是以兩條功率漸近線(即530及540)來近似特徵線501~520上的最大功率點MPP。
    依據圖5所示，特徵線506的最大功率點MPP為特徵線501~520的最大功率點MPP分佈轉折點，因此本實施例以特徵線506的最大功率點MPP(對應第二最大功率點)為分界點，利用特徵線501~506的最大功率點MPP(對應多個第一最大功率點與一第二最大功率點)計算出功率漸近線530(對應第一功率漸近線)，利用特徵線506~520的最大功率點MPP(對應一第二最大功率點與多個第三最大功率點)計算出功率漸近線540(對應第二功率漸近線)。其中，功率漸近線530與540的斜率會不同，並且功率漸近線530於輸出電流=0時對應至電壓Vini。
    並且，由於特徵線501~505對應的照度範圍(即50~300 W/m2)低於特徵線507~520對應的照度範圍(即400~1000 W/m2)，亦即特徵線501~505的最大功率點MPP對應的照度範圍低於特徵線507~520的最大功率點MPP對應的照度範圍，因此利用特徵線501~506的最大功率點MPP取得的功率漸近線530所對應的照度範圍(即50~350 W/m2)低於利用特徵線506~520的最大功率點MPP所取得的功率漸近線540的照度範圍(即350~1000 W/m2)。
    並且，依據功率漸近線530及540可計算出功率漸近線530及540的交叉點電壓Vx，以利用交叉點電壓Vx及太陽能電池的輸出電壓選擇功率漸近線530或540，並利用所選擇的功率漸近線(如530或540)取得對應當下照度的最大功率電壓。進一步來說，本實施例為依據交叉點電壓Vx與太陽能電池的輸出電壓的比較結果選擇功率漸近線530或540，並利用所選擇的功率漸近線(如530或540)及太陽能電池的輸出電流計算出對應當下照度的最大功率電壓。藉此，由於利用功率漸近線530及540來近似特徵線501~520的最大功率點MPP，以降低因最大功率電壓與對應的最大功率點MPP的差距所造成的功率耗損，並且透過類比操作方式來提高最大功率電壓的找尋速度。
    依據上述說明，下述對應地提出一種太陽能發電裝置。圖6為依據本發明一實施例的太陽能發電裝置的系統示意圖。請參照圖5及圖6，在本實施例中，太陽能發電裝置600包括太陽能電池610、直流對直流轉換電路620、電流偵測單元630、電壓偵測單元640、控制單元650及類比式最大功率追蹤電路660。太陽能電池610用以提供輸出電壓Vpv及輸出電流Ipv，其中輸出電壓Vpv及輸出電流Ipv可參照圖5所示。直流對直流轉換電路620耦接太陽能電池610，且接收脈寬調變信號PWM，用以依據脈寬調變信號PWM將輸出電壓Vpv及輸出電流Ipv轉換為操作電壓Vcc。
    電流偵測單元630耦接太陽能電池610，用以偵測輸出電流Ipv以輸出第一偵測電壓VIPV，其中第一偵測電壓VIPV的數值可以等於輸出電流Ipv的數值，例如輸出電流Ipv為900 mA，則第一偵測電壓VIPV為900 mV。電壓偵測單元640耦接太陽能電池610，用以偵測輸出電壓Vpv以輸出第二偵測電壓VVPV，其中第二偵測電壓VVPV可以等於輸出電壓Vpv。控制單元650耦接電壓偵測單元640，且接收最大功率電壓命令Vmp*，用以產生脈寬調變信號PWM，其中最大功率電壓命令Vmp*為對應依據功率漸近線530或540所產生對應當下照度的最大功率電壓，亦即最大功率電壓命令Vmp*可視為對應當下照度的最大功率電壓。控制單元650依據第二偵測電壓VVPV與最大功率電壓命令Vmp*的比較結果調整脈寬調變信號PWM的脈波寬度，其中控制單元650可利用比例積分(proportional integral,PI)控制方法調整脈寬調變信號PWM的脈波寬度。
    進一步來說，當第二偵測電壓VVPV高於最大功率電壓命令Vmp*時，代表直流對直流轉換電路620應從太陽能電池610汲取更多電流，因此會調寬脈寬調變信號PWM的脈波寬度，以使太陽能電池610的輸出電壓Vpv降低至第二偵測電壓VVPV等於最大功率電壓命令Vmp*，亦即使太陽能電池610的輸出電壓Vpv降低至對應當下照度的最大功率電壓；當第二偵測電壓VVPV低於最大功率電壓命令Vmp*時，代表直流對直流轉換電路620從太陽能電池610中汲取過多電流，因此會調窄脈寬調變信號PWM的脈波寬度，以使太陽能電池610的輸出電壓Vpv提高至第二偵測電壓VVPV等於最大功率電壓命令Vmp*，亦即使太陽能電池610的輸出電壓Vpv提高至對應當下照度的最大功率電壓。
    類比式最大功率追蹤電路660耦接電流偵測單元630、電壓偵測單元640及控制單元650，用以依據第二偵測電壓VVPV與功率漸近線530及540的交叉點電壓Vx的比較結果選擇功率漸近線530及540的其中之一，並依據選擇的功率漸近線(如530或540)及第一偵測電壓VIPV產生最大功率電壓命令Vmp*。亦即，當第二偵測電壓VVPV小於等於交叉點電壓Vx時，類比式最大功率追蹤電路660選擇的功率漸近線530並配合第一偵測電壓VIPV產生最大功率電壓命令Vmp*；當第二偵測電壓VVPV大於交叉點電壓Vx時，類比式最大功率追蹤電路660選擇的功率漸近線540並配合第一偵測電壓VIPV產生最大功率電壓命令Vmp*。
    並且，由於第一偵測電壓VIPV的數值在此設定為等於輸出電流Ipv的數值，因此依據選擇的功率漸近線(如530或540)及第一偵測電壓VIPV產生最大功率電壓命令Vmp*等同於依據所選擇的功率漸近線(如530或540)及輸出電流Ipv產生最大功率電壓命令Vmp*。
    圖7為圖6依據本發明一實施例的類比式最大功率追蹤電路的電路示意圖。請參照圖5、圖6及圖7，在本實施例中，類比式最大功率追蹤電路660包括電阻R1~R5(分別對應第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻及第五電阻)、開關SW、比較器(在此以運算放大器OP1來實現)、運算放大器OP2、單位增益反向放大器UA及電壓補償單元710。開關SW具有第一端A、第二端B及第三端C，並受控於運算放大器OP1的輸出端的電壓決定第三端C為電性連接第一端A或第二端B，其中本實施例為預設第三端C耦接第一端A，並且開關SW可以為為類比開關。
    電阻R1耦接於電流偵測單元630與開關SW的第一端A之間，以接收第一偵測電壓VIPV。電阻R2耦接於參考電壓Vref與開關SW的第一端A之間。電阻R3耦接於電流偵測單元630與開關SW的第二端B之間，以接收第一偵測電壓VIPV。電阻R4耦接於參考電壓Vref與開關SW的第二端B之間。其中，參考電壓Vref可以為圖5所示電壓Vini，但亦可為任意的正電壓值。
    運算放大器OP1的正輸入端接收第二偵測電壓VVPV，運算放大器OP1的負輸入端接收功率漸近線530及540的交叉點電壓Vx，運算放大器OP1的輸出端耦接開關SW。運算放大器OP1用以比較第二偵測電壓VVPV與交叉點電壓Vx，並且當比較結果表示第二偵測電壓VVPV小於等於交叉點電壓Vx時，控制開關SW的第三端C為耦接其第一端A，當比較結果表示第二偵測電壓VVPV大於交叉點電壓Vx時，控制開關SW的第三端C為耦接其第二端B。進一步來說，當比較結果表示第二偵測電壓VVPV小於等於交叉點電壓Vx時，運算放大器OP1的輸出端的電壓會為低準位以控制開關SW的第三端C為耦接其第一端A，當比較結果表示第二偵測電壓VVPV大於交叉點電壓Vx時，運算放大器OP1的輸出端的電壓會為高準位以控制開關SW的第三端C為耦接其第二端B。
    運算放大器OP2的負輸入端(對應第一輸入端)耦接開關SW的第三端C，運算放大器OP2的正輸入端(對應第二輸入端)耦接接地電壓。第五電阻耦接於運算放大器OP2的負輸入端與輸出端之間。單位增益反向放大器UA耦接運算放大器OP2的輸出端，用以輸出未加溫度補償之最大功率電壓命令Vmp。電壓補償單元710耦接單位增益反向放大器UA的輸出端，用以對未加溫度補償之最大功率電壓命令Vmp進行溫度補償後輸出最大功率電壓命令Vmp*。
    在本實施例中，電阻R1、R2、R5、第一偵測電壓VIPV及參考電壓Vref用以形成第一功率漸近線530，電阻R3、R4、R5、第一偵測電壓VIPV及參考電壓Vref形成用以第二功率漸近線540。進一步來說，假設第一功率漸近線530的方程式為a‧Ipv+b，由於第一偵測電壓VIPV的數值設定為等於輸出電流Ipv的數值，因此第一功率漸近線530的方程式可以替代為a‧VIPV+b。其中，a=R5/R1，b=Vref×R5/R2，上述R1為第一電阻的電阻值，上述R2為第二電阻的電阻值，上述R5為第五電阻的電阻值，上述VIPV為第一偵測電壓VIPV的電壓值，上述Vref為參考電壓Vref電壓值。同理，假設第二功率漸近線為c‧Ipv+d，則可替代為c‧VIPV+d。其中，c=R5/R3，d=Vref×R5/R4，上述R3為第三電阻的電阻值，上述R4為第四電阻的電阻值，上述R5為第五電阻的電阻值，上述VIPV為第一偵測電壓VIPV的電壓值，上述Vref為參考電壓Vref的電壓值。
    如圖5所示，功率漸近線530的斜率會不同功率漸近線540的斜率，亦即上述a會不同於c，因此電阻R1的電阻值會不同於電阻R3的電阻值。
    在本實施例中，電壓補償單元710包括加法器711，用以總和單位增益反向放大器UA輸出的未加溫度補償之最大功率電壓Vmp與溫度補償電壓VT，其中溫度補償電壓VT反向於太陽能電池610的運作溫度，亦即太陽能電池610的運作溫度增加時，溫度補償電壓VT為負電壓，太陽能電池610的運作溫度減少時，溫度補償電壓VT為正電壓。其中，溫度補償電壓VT可依據太陽能電池的技術手冊的內容而取得。
    依據表一所示，本發明實施例以功率漸近線530及540來近似特徵線501~520的最大功率點MPP的效果會較佳於以直線近似法來近似特徵線501~520的最大功率點MPP的效果，亦即本發明實施例的功率耗損會低於直線近似法。
    此外，在上述實施例中，第一偵測電壓VIPV的數值等於輸出電流IpV的數值，第二偵測電壓VVPV等於輸出電壓Vpv，亦即電流偵測單元630輸出的第一偵測電壓VIPV的數值為1倍於輸出電流Ipv的數值，電壓偵測單元640輸出的第二偵測電壓VVPV的數值為1倍於輸出電壓Vpv的數值。但在其他實施例中，電流偵測單元630輸出的電壓值可以k倍於輸出電流Ipv的數值(亦即為k倍於第一偵測電壓VIPV)，電壓偵測單元640輸出的電壓值可以k倍於輸出電壓Vpv的數值(亦即為k倍於第二偵測電壓VVPV)，並且類比式最大功率追蹤電路660為接收k倍的交叉點電壓Vx，以致於類比式最大功率追蹤電路660輸出k倍的最大功率電壓Vmp*，其中k為任意數。
    並且，在上述實施例中，是以功率漸近線530及540來近似特徵線501~520的最大功率點MPP，但在其他實施例中，可利用3條以上的功率漸近線來近似特徵線501~520的最大功率點MPP，例如以兩條功率漸近線來近似特徵線501~506的最大功率點MPP，且本發明實施例不以此為限。
    綜上所述，本發明實施例的太陽能發電裝置及其類比式最大功率追蹤電路，其利用對應不同照度範圍的兩條功率漸近線來近似不同照度的多個最大功率點，以降低因最大功率電壓與對應的最大功率點的差距所造成的功率耗損，以及透過類比操作方式來提高最大功率電壓的找尋速度。並且，會對最大功率電壓進行溫度補償，以提高最大功率電壓的準確度。
    雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
    410、530、540．．．功率近似線
    501~520．．．特徵線
    600．．．太陽能發電裝置
    610．．．太陽能電池
    620．．．直流對直流轉換電路
    630．．．電流偵測單元
    640．．．電壓偵測單元
    650．．．控制單元
    660．．．類比式最大功率追蹤電路
    710．．．電壓補償單元
    711．．．加法器
    A．．．第一端
    B．．．第二端
    C．．．第三端
    Iopt．．．最佳電流
    Ipv．．．輸出電流
    Isc．．．短路電流
    MPP．．．最大功率點
    OP1、OP2．．．運算放大器
    Pmax．．．最大功率
    PWM．．．脈寬調變信號
    R1~R5．．．電阻
    SW．．．開關
    UA．．．單位增益反向放大器
    Vcc．．．操作電壓
    VIPV．．．第一偵測電壓
    Vmax．．．最大功率點電壓
    Vmp．．．未加溫度補償之最大功率電壓命令
    Vmp*．．．最大功率電壓命令
    Voc．．．開路電流
    VOP、Vini．．．電壓
    Vopt．．．最佳電壓
    Vpv．．．輸出電壓
    Vref．．．參考電壓
    VT．．．溫度補償電壓
    VVPV．．．第二偵測電壓
    Vx．．．交叉點電壓
    圖1為太陽能電池的輸出功率與輸出電壓對應照度的變化示意圖。
    圖2為增量電導法的操作示意圖。
    圖3為定電壓控制法的操作示意圖。
    圖4為直線性近似法的操作示意圖。
    圖5為依據本發明一實施例的太陽能電池於不同照度下的輸出電流及輸出電壓與功率漸近線的對應示意圖。
    圖6為依據本發明一實施例的太陽能發電裝置的系統示意圖。
    圖7為圖6依據本發明一實施例的類比式最大功率追蹤電路的電路示意圖。
    660．．．類比式最大功率追蹤電路
    710．．．電壓補償單元
    711．．．加法器
    A．．．第一端
    B．．．第二端
    C．．．第三端
    OP1、OP2．．．運算放大器
    R1~R5．．．電阻
    SW．．．開關
    UA．．．單位增益反向放大器
    VIPV．．．第一偵測電壓
    Vmp．．．未加溫度補償之最大功率電壓命令
    Vmp*．．．最大功率電壓命令
    Vref．．．參考電壓
    VT．．．溫度補償電壓
    VVPV．．．第二偵測電壓
    Vx．．．交叉點電壓
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] 一種類比式最大功率追蹤電路，適用於一太陽能發電裝置，包括：一開關，其具有一第一端、一第二端及一第三端；一第一電阻，其係耦接於一第一電壓與該第一端之間，其中該第一電壓對應一太陽能電池的一輸出電流；一第二電阻，其係耦接於一參考電壓與該第一端之間；一第三電阻，其係耦接於該第一電壓與該第二端之間；一第四電阻，其係耦接於該參考電壓與該第二端之間；一比較器，其係耦接至該開關，以將一第二電壓以及一第一功率漸近線與一第二功率漸近線的一交叉點電壓進行比較，並依據比較結果來控制該第三端為耦接至該第一端或該第二端，其中該第二電壓係對應於該太陽能電池的一輸出電壓；一運算放大器，其具有一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端，該第一輸入端係耦接至該第三端，該第二輸入端係耦接至一接地電壓；一第五電阻，其係耦接於該第一輸入端與該輸出端之間；以及一單位增益反向放大器，其係耦接至該輸出端，以輸出一最大功率電壓；其中，由該第一電阻、該第二電阻、該第五電阻、該第一電壓及該參考電壓的數值，可求得該第一功率漸近線，而由該第三電阻、該第四電阻、該第五電阻、該第一電壓及該參考電壓的數值，則可求得該第二功率漸近線，該第一電阻的電阻值係與該第三電阻的電阻值不同，且該第一功率漸近線以及該第二功率漸近線係對應於不同照度範圍。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之類比式最大功率追蹤電路，其中該第一功率漸近線係為a‧VIPV+b，且a=R5/R1，b=Vref×R5/R2，其中R1為該第一電阻的電阻值，R2為該第二電阻的電阻值，R5為該第五電阻的電阻值，VIPV為該第一電壓，Vref為該參考電壓。
    [3] 如申請專利範圍第1項所述之類比式最大功率追蹤電路，其中該第二功率漸近線係為c‧VIPV+d，且c=R5/R3，d=Vref×R5/R4，其中R3為該第三電阻的電阻值，R4為該第四電阻的電阻值，R5為該第五電阻的電阻值，VIPV為該第一電壓，Vref為該參考電壓。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之類比式最大功率追蹤電路，其更包括一電壓補償單元，其係耦接至該單位增益反向放大器的輸出端，以對該最大功率電壓進行溫度補償。
    [5] 如申請專利範圍第4項所述之類比式最大功率追蹤電路，其中該電壓補償單元包括一加法器，以計算該單位增益反向放大器輸出的該最大功率電壓與一溫度補償電壓的總和，其中當該太陽能電池的運作溫度為增加時，則該溫度補償電壓為一負電壓，當該太陽能電池的運作溫度為減少時，則該補償電壓為一正電壓。
    [6] 如申請專利範圍第1項所述之類比式最大功率追蹤電路，其中該第一功率漸近線係對應於多個第一最大功率點與一第二最大功率點，而該第二功率漸近線係對應於該第二最大功率點及多個第三最大功率點，該些第一最大功率點所對應的照度範圍係與該些第三最大功率點所對應的照度範圍不同。
    [7] 如申請專利範圍第1項所述之類比式最大功率追蹤電路，其中該第一功率漸近線所對應的照度範圍，係低於該第二功率漸近線所對應的照度範圍。
    [8] 一種類比式最大功率追蹤電路，適用於一太陽能發電裝置，包括：一類比開關，其具有一第一端、一第二端及一第三端；一第一電阻，其係耦接於一第一電壓與該第一端之間，其中該第一電壓對應一太陽能電池的一輸出電流；一第二電阻，其係耦接於一參考電壓與該第一端之間；一第三電阻，其係耦接於該第一電壓與該第二端之間；一第四電阻，其係耦接於該參考電壓與該第二端之間；一比較器，其係耦接至該類比開關，以將一第二電壓以及一第一功率漸近線與一第二功率漸近線的一交叉點電壓進行比較，並依據比較結果來控制該第三端為耦接至該第一端或該第二端，其中該第二電壓係對應於該太陽能電池的一輸出電壓；一運算放大器，其具有一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端，該第一輸入端係耦接至該第三端，該第二輸入端係耦接至一接地電壓；一第五電阻，其係耦接於該第一輸入端與該輸出端之間；以及一單位增益反向放大器，其係耦接至該輸出端，以輸出一最大功率電壓；其中，由該第一電阻、該第二電阻、該第五電阻、該第一電壓及該參考電壓的數值，可求得該第一功率漸近線，而由該第三電阻、該第四電阻、該第五電阻、該第一電壓及該參考電壓的數值，則可求得該第二功率漸近線，該第一電阻的電阻值係與該第三電阻的電阻值不同，且該第一功率漸近線以及該第二功率漸近線係對應於不同照度範圍。
    [9] 一種太陽能發電裝置，包括：一太陽能電池，其係用以提供一輸出電壓及一輸出電流；一直流對直流轉換電路，其係耦接至該太陽能電池，並接收一脈寬調變信號，以依據該脈寬調變信號而將該輸出電壓及該輸出電流轉換為一操作電壓；一電流偵測單元，其係耦接至該太陽能電池，以偵測該輸出電流並輸出一第一偵測電壓；一電壓偵測單元，其係耦接至該太陽能電池，以偵測該輸出電壓並輸出一第二偵測電壓；一控制單元，其係耦接至該電壓偵測單元，以接收一最大功率電壓，產生該脈寬調變信號，並依據該第二偵測電壓與該最大功率電壓的比較結果，來調整該脈寬調變信號的脈波寬度；以及一如申請專利範圍第1~8項中之任一項所述的類比式最大功率追蹤電路。
    [10] 一種太陽能發電裝置，包括：一太陽能電池，其係用以提供一輸出電壓及一輸出電流；一直流對直流轉換電路，其係耦接至該太陽能電池，並接收一脈寬調變信號，以依據該脈寬調變信號而將該輸出電壓及該輸出電流轉換為一操作電壓；一電流偵測單元，其係耦接至該太陽能電池，以偵測該輸出電流並輸出一第一偵測電壓；一電壓偵測單元，其係耦接至該太陽能電池，以偵測該輸出電壓並輸出一第二偵測電壓；一控制單元，其係耦接至該電壓偵測單元，以接收一最大功率電壓，產生該脈寬調變信號，並依據該第二偵測電壓與該最大功率電壓的比較結果，來調整該脈寬調變信號的脈波寬度；以及一類比式最大功率追蹤電路，其係耦接至該電流偵測單元、該電壓偵測單元及該控制單元，以依據該第二偵測電壓以及一第一功率漸近線與一第二功率漸近線的一交叉點電壓的比較結果，來選擇該第一功率漸近線及該第二功率漸近線的其中之一者，並依據所選擇的該第一功率漸近線或該第二功率漸近線以及該第一偵測電壓，來產生該最大功率電壓，其中該第一功率漸近線及該第二功率漸近線係用以近似於多個最大功率點，該第一功率漸近線及該第二功率漸近線的斜率並不相同，且係對應於不同照度範圍。
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    同族专利:
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