具有备用逆变器的太阳能发电系统的制作方法

本发明涉及一种具有备用逆变器(Backup Inverter)的太阳能发电系统，特别是一种易于启用备用逆变器的太阳能发电系统，该太阳能发电系统具有N个太阳能板、N个逆变器及至少一备用逆变器，当各逆变器正常运作时，各太阳能板供电至各逆变器；当第X个逆变器故障时，第X个太阳能板供电至该备用逆变器。

背景技术：
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现有技术(一)如美国公告第US8004117号专利，所公开的技术是：每一个太阳能板(101)可以连接一个独立且单独使用的交流电模块(109)，每一个交流电模块(109)具有一逆变器(114)。惟，现有技术(一)不具有启用备用逆变器的功能，当任一逆变器(114)发生故障时，中断发电的时间较长。再者，现有技术(一)不适用于大型的太阳能发电系统，因为大型逆变器备品的运输不易，且大型逆变器备品需要多人搬运，需要较高的运输成本及较多的维修人力。

现有技术(二)如美国公告第US8994218号专利，所公开的技术是：复数太阳能板(11-16)连接在一主备用迷你逆变器(Master redundant Mini-Inverter 100)，复数太阳能板(21-26)连接在一离网备用迷你逆变器(off-grid redundant Mini-Inverter 102)。惟，现有技术(二)是运用在离网(off-grid)及迷你逆变器(Mini-Inverter)的领域，而不是运用在连接公用电网(Utility Grid)及一般逆变器的领域。因此，现有技术(二)不适用于大型的太阳能发电系统，亦不能解决更换大型逆变器备品的问题。

技术实现要素：
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对于以上现有技术的缺陷及改进的需求，本发明目的在于，提供一种具有备用逆变器的太阳能发电系统包括复数控制箱、复数太阳能板、复数逆变器、至少一备用逆变器、至少一AC(Alternating Current)接线箱及资料收集器(Data Logger)；各控制箱具有一开关组，各太阳能板与各逆变器电性连接于各控制箱，该备用逆变器并联于各控制箱，该备用逆变器与复数逆变器并联于该AC接线箱，该数据收集器通讯连接复数 控制箱、复数逆变器及该备用逆变器；当各逆变器正常运作时，各开关组切换至主通路，各太阳能板经由各DC输入介面与各DC主输出介面供电至各逆变器；当第X个逆变器故障时，第X个开关组切换至备用通路，第X个太阳能板经由第X个DC输入介面与第X个DC备用输出介面供电至该备用逆变器。

对于以上现有技术的缺陷及改进的需求，本发明另一目的在于，提供一种具有备用逆变器的太阳能发电系统包括一控制箱、复数太阳能板、复数逆变器、至少一备用逆变器及至少一AC接线箱；该控制箱具有复数输入端子、复数输出端子及至少一备用端子，各太阳能板以一输入线缆连接各输入端子，各逆变器以一输出线缆连接各输出端子，该备用逆变器以一备用线缆连接该备用端子；至少一AC接线箱，该备用逆变器与复数逆变器并联于该AC接线箱；其中各输入端子电性连接于各输出端子，当各逆变器正常运作时，各输入线缆与各输出线缆形成主通路，各太阳能板经由各输出端子供电至各逆变器；当第X个逆变器故障时，第X个输出线缆以人工方式变更连接该备用端子，第X个输出线缆与该备用线缆形成备用通路，第X个太阳能板经由该备用端子供电至该备用逆变器。

本发明所具有的有益效果(一)在于，本发明系统可以节省更换逆变器备品的时间且减少发电中断的时间，因此，可以提高实际发电的时间而改善发电效益。

本发明所具有的有益效果(二)在于，本发明系统在故障时仍持续发电，因此，本发明系统可以依照人力排班进行维修，且本发明系统的案场可以分布在较广的区域。

本发明所具有的有益效果(三)在于，本发明系统在故障时有充裕的时间等待维修，因此，业者可以规划每一工作日的维修路径，大幅降低运输逆变器的成本，适用于大型的太阳能发电系统，以解决更换大型逆变器备品的问题。

本发明的特征、技术手段、具体功能、以及具体的实施例，继以图式、图号详细说明如后。

附图说明：

图1是本发明较佳实施例的立体示意图。

图2是本发明较佳实施例正常运作的功能方块图。

图3是本发明较佳实施例启用备用逆变器的功能方块图。

图4是本发明较佳实施例与现有系统的时间轴图表。

图5是本发明系统的操作流程图。

图6是本发明系统故障讯息的示意图。

图7是本发明系统的另一操作流程图。

图8是本发明第二实施例正常运作的功能方块图。

图9是本发明第二实施例启用备用逆变器的功能方块图。

图10是本发明第三实施例的立体示意图。

图11是本发明第三实施例正常运作的功能方块图。

图12是本发明第三实施例启用备用逆变器的功能方块图。

图13是本发明第四实施例正常运作的功能方块图。

图14是本发明第四实施例启用备用逆变器的功能方块图。

图15是本发明第五实施例的立体示意图。

图16是本发明第五实施例正常运作的功能方块图。

图17是本发明第五实施例启用备用逆变器的功能方块图。

具体实施方式：

请参阅图1至图3所示，在较佳实施例中，本发明系统包括复数控制箱101-10N、复数太阳能板21-2N、复数逆变器31-3N、至少一备用逆变器3R、至少一AC(Alternating Current)接线箱40、资料收集器(Data Logger)50及复数开关组61-6N；复数开关组61-6N各别设置于复数控制箱101-10N内，各太阳能板21-2N电性连接于各控制箱101-10N的一DC(Direct Current)输入介面12，各逆变器31-3N电性连接于各控制箱101-10N的一DC主输出介面13，备用逆变器3R并联于各控制箱101-10N的一DC备用输出介面15，备用逆变器3R与复数逆变器31-3N并联于AC接线箱40，AC接线箱40可连接至公用电网(Utility Grid)41，数据收集器50(例如但不限于RS485数据收集器)通讯连接复数控制箱101-10N、复数逆变器31-3N及备用逆变器3R；其中各控制箱101-10N具有一处理器14(例如：Microcontroller Unit；MCU)，当各逆变器31-3N正常运作时，各处理器14可控制各开关组61-6N切换至主通路(初始状态如图2所示)，各太阳能板21-2N经由各DC输入介面12与各DC主输出介面13供电至各逆变器31-3N；若第1个逆变器31故障时，则第1个控制箱101的处理器14可控制第1个开关组61切换至备用通路(备用状态如图3所示)，第1个太阳能板21经由第1个控制箱101的DC输入介面12与第1个控制箱101的DC备用输出介面15供电至备用逆变器3R，藉以减少第1个太阳能板21中断发电的 时间。以此类推，若第N个逆变器3N故障时，则第N个控制箱10N的处理器14可控制第N个开关组6N切换至备用通路(备用状态)，第N个太阳能板2N经由第N个控制箱10N的DC输入介面12与第N个控制箱10N的DC备用输出介面15供电至备用逆变器3R，藉以减少第N个太阳能板2N中断发电的时间。

列举说明各开关组61-6N的实施方式如后：各开关组61-6N具有两组接点，第一组接点为接点a、接点b及接点c，第二组接点为接点d、接点e及接点f，当各开关组61-6N切换至主通路时，各接点a电性连接于各接点b，使各太阳能板21-2N的正极可连接各逆变器31-3N的正极，各接点d电性连接于各接点e，使各太阳能板21-2N的负极可连接各逆变器31-3N的负极；当第1个开关组61切换至备用通路时，第1个开关组的接点a电性连接于第1个开关组的接点c，使第1个太阳能板21的正极可连接备用逆变器3R的正极，第1个开关组的接点d电性连接于第1个开关组的接点f，使第1个太阳能板21的负极可连接备用逆变器3R的负极(如图3所示)；其中各接点a经由各DC输入介面12连接各太阳能板21-2N的正极，各接点b经由各DC主输出介面13连接各逆变器31-3N的正极，各接点c经由各DC备用输出介面15并联备用逆变器3R的正极，各接点d经由各DC输入介面12连接各太阳能板21-2N的负极，各接点e经由各DC主输出介面13连接各逆变器31-3N的负极，各接点f经由各DC备用输出介面15并联备用逆变器3R的负极，各处理器14与各开关组61-6N中间设有一驱动器16，各处理器14电性连接各驱动器16，各驱动器16电性连接各开关组61-6N，藉以控制各开关组61-6N。

列举说明数据收集器50的通讯连接方式如后：数据收集器50具有第一通讯端口51，数据收集器50藉由第一通讯端口51可依序串接第1个逆变器31、第1个控制箱101、第2个逆变器32、第2个控制箱102、第N个逆变器3N、第N个控制箱10N及备用逆变器3R。

请参阅图4所示，在习知系统的时间轴图表71中，中断发电的时间等于进行维修的时间，而习知的维修需要花费较多时间，因此，大幅减少实际发电的时间。在本发明系统的时间轴图表72中，本发明系统易于启用备用逆变器，中断发电的时间等于切换通路的时间，中断发电的时间极少，因此，大幅提高实际发电的时间。再者，本发明系统在故障时仍持续发电，因此，本发明系统可以依照人力排班进行维修，且本发明系统的案场可以分布在较广的区域。此外，本发明系统在故障时有充裕的时间等待维修，因此，业者可以规划每一工作日的维修路径，以降低运输逆变器的成本。

请参阅图5、图6及图1所示，本发明系统的操作流程包括：步骤S1，数据收集器50与各逆变器31-3N的控制箱101-10N寻址，接续下一步骤；步骤S2，数据收集器50收集各逆变器31-3N的使用状态，接续下一步骤；步骤S3，资料收集器50判断第X个逆变器发生故障，若判断为是，则执行下一步骤，若判断为否，则返回步骤S2；步骤S4，数据收集器50经由网络55发送故障讯息给系统管理端(图未出示)，例如：一电子邮件56或一简讯；其中故障讯息的内容57可选自案场、逆变器群组、逆变器名称、逆变器编号、线别、事件时间、类别、状态、错误码或错误讯息。再者，本发明系统的操作流程可包括步骤S5，该系统管理端可经由网络55发送切换命令给数据收集器50，以控制第X个逆变器的控制箱切换连接至备用逆变器3R。

请参阅图7及图1所示，本发明系统的操作流程包括：步骤S1，数据收集器50与各逆变器31-3N的控制箱101-10N寻址，接续下一步骤；步骤S2a，各控制箱101-10N定期寻问所对应的各逆变器31-3N是否发生故障；步骤S3a，第X个控制箱判断第X个逆变器发生故障，若判断为是，则执行下一步骤，若判断为否，则返回步骤S2a；步骤S4a，第X个控制箱切换连接至备用逆变器3R。再者，本发明系统的操作流程可包括步骤S5a，第X个控制箱通知其它控制箱不可再执行切换，例如：在通讯协议中具有一状态区域(显示主通路/备用通路)，藉以通知其它控制箱。

请参阅图8、图9及图1所示，本发明系统的第二实施例与较佳实施例大致相同，两者的差异处仅在于：各开关组61-6N具有两组接点，第一组接点为接点a、接点b、接点g及接点h，第二组接点为接点d、接点e、接点i及接点j，当各逆变器31-3N正常运作时，各控制箱101-10N的处理器14可控制各开关组61-6N切换至主通路(初始状态如图8所示)，各接点a电性连接于各接点b，使各太阳能板21-2N的正极可连接各逆变器31-3N的正极，各接点g电性连接于各接点h，使各太阳能板21-2N的负极可连接各逆变器31-3N的负极，各太阳能板21-2N经由各DC输入介面12与各DC主输出介面13供电至各逆变器31-3N；当第1个逆变器31故障时，第1个控制箱101的处理器14可控制第1个开关组61切换至备用通路(备用状态如图9所示)，第1个开关组61的接点d电性连接于第1个开关组61的接点e，使第1个太阳能板21的正极可连接备用逆变器3R的正极，第1个开关组61的接点i电性连接于第1个开关组61的接点j，使第1个太阳能板21的负极可连接备用逆变器3R的负极，第1个太阳能板21经由第1个DC输入介面12与第1个DC备用输出介面15供电至备用逆变器3R。

列举说明第二实施例的各开关组61-6N的实施方式如后：各接点a并联各接点d，各接点a与各接点d经由各DC输入介面12连接各太阳能板21-2N的正极，各接点b经由各DC主输出介面13连接各逆变器31-3N的正极，各接点e经由各DC备用输出介面15并联备用逆变器3R的正极，各接点g并联各接点i，各接点g与各接点i经由各DC输入介面12连接各太阳能板21-2N的负极，各接点h经由各DC主输出介面13连接各逆变器31-3N的负极，各接点j经由各DC备用输出介面15并联备用逆变器3R的负极，各处理器14与各开关组61-6N中间设有一驱动器16，各处理器14电性连接各驱动器16，各驱动器16电性连接各开关组61-6N，藉以控制各开关组61-6N。

请参阅图10至图12所示，本发明系统的第三实施例与较佳实施例大致相同，两者的差异处仅在于：数据收集器50的第一通讯51端口依序串接复数逆变器31-3N及备用逆变器3R，资料收集器50的第二通讯端口52依序串接复数控制箱101-10N；当各逆变器31-3N正常运作时，各处理器14可控制各开关组61-6N切换至主通路(初始状态如图11所示)；若第1个逆变器31故障时，则第1个控制箱101的处理器14可控制第1个开关组61切换至备用通路(备用状态如图12所示)，以此类推；其中各开关组61-6N的实施方式请参考较佳实施例的说明。

请参阅图13、图14及图10所示，本发明系统的第四实施例与第二实施例大致相同，两者的差异处仅在于：数据收集器50的第一通讯51端口依序串接复数逆变器31-3N及备用逆变器3R，资料收集器50的第二通讯端口52依序串接复数控制箱101-10N；当各逆变器31-3N正常运作时，各处理器14可控制各开关组61-6N切换至主通路(初始状态如图13所示)；若第1个逆变器31故障时，则第1个控制箱101的处理器14可控制第1个开关组61切换至备用通路(备用状态如图14所示)，以此类推；其中各开关组61-6N的实施方式请参考第二实施例的说明。

请参阅图15至图17所示，在第五实施例中，本发明系统包括控制箱80、复数太阳能板21-2N、复数逆变器31-3N、至少一备用逆变器3R及至少一AC接线箱40；控制箱80具有复数输入端子81、复数输出端子82及至少一备用端子83，复数太阳能板21-2N以复数输入线缆C1-CN各别连接复数输入端子81，复数逆变器31-3N以复数输出线缆W1-WN连接复数输出端子82，备用逆变器3R以一备用线缆R3连接备用端子83，备用逆变器3R与复数逆变器31-3N并联于AC接线箱40，AC接线箱40可连接至公用电网41；其中各输入端子81电性连 接于各输出端子82，当各逆变器31-3N正常运作时，各输入线缆C1-CN与各输出线缆W1-WN形成主通路(初始状态如图16所示)，各太阳能板21-2N经由各输出端子82供电至各逆变器31-3N；当第1个逆变器31故障时，第1个输出线缆W1以人工方式变更连接备用端子83(例如由巡视案场的人员以人工方式变更连接备用端子83)，第1个输出线缆W1与备用线缆R3形成备用通路(备用状态如图17所示)，第1个太阳能板21经由备用端子83供电至备用逆变器3R，以此类推。

列举说明各输入端子81与各输出端子82的实施方式如后：各输入端子81与各输出端子82中间可设有一DC保险丝(DC Fuse)85及一突波吸收器(Surge arrester)86。

列举说明第五实施例的复数逆变器31-3N的管理方式如后：本发明系统进一步包括数据收集器50，数据收集器50的第一通讯端口51依序串接复数逆变器31-3N及备用逆变器3R，资料收集器50可收集各逆变器31-3N的使用状态，当数据收集器50判断第X个逆变器发生故障时，数据收集器50经由网络55发送故障讯息给系统管理端(图未出示)，故障讯息可选自一电子邮件56或一简讯(请参阅图6所示)，故障讯息的内容57可选自案场、逆变器群组、逆变器名称、逆变器编号、线别、事件时间、类别、状态、错误码或错误讯息。