太阳能增效储能系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关一种太阳能增效储能系统及其方法，特别是一种于低太阳辐射时，使光伏逆变器能够提供最佳太阳电能转换效率、并使由多个太阳能板互连而成的太阳能模块能够操作于最大功率输出点。
【背景技术】
[0002]传统具有最大功率追踪(Maximum Power Point Tracking)的光伏逆变器(PV-1nverter)不论是依照太阳能板的电压与电流曲线，而设置的最佳电压追随法(Constant Voltage Tracking/Modified Constant Voltage Tracking),或是标准的转换功率逐步追随法(Stepping Up/Down Algorithm)都可以在太阳福射能较高，或是说太阳能板输出电能较大时达成光、电转换最大效率要求，但当太阳能板工作于低太阳辐射能，或是所谓的轻载工作区时，往往限于电力开关元件(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)的最小开关周期，以及转换控制系统对于脉波周期的控制精度(Resolut1n of PulseWidth Modulat1n)，光伏逆变器中的最大功率追踪器不但无法准确地计算合适开关周期，而且电力开关元件本身操作时的导通损失(Conducting Loss)与开关损失(SwitchingLoss)过大，致使多数的光伏逆变器在输入功率低于额定功率20%以下的轻载工作区的效率大幅滑落，更常常由于太阳能板在低太阳辐射能的状况下，由图1中可知，为常见的光伏逆变器(SC500MX)的效率曲线，在输入功率为额定功率的10%以下时，转换率大幅下滑，以实际面来看，多数光伏逆变器在输入功率是额定功率的5%以下时，太阳能板所提供的电能，不足以让光伏逆变器稳定工作于最低切换周期(Minimum PWM Duty)，当光伏逆变器启动后，由于太阳能板所提供的电能不足，将会导致输出电压下降，并低于至光伏逆变器的最小工作电压，如此由于输出的电功率不足以让光伏逆变器正常运作，将会强迫光伏逆变器又进入停止状态；再加上光伏逆变器在启动、与截止间跳动，因而会加速光伏逆变器的寿命损耗。
[0003]因此一般的太阳能电厂为避免低太阳辐射下的少许电能收益而损及光伏逆变器的寿命，并减少光伏逆变器交流输出端不可预期的总谐波失真(Total HarmonicDistort1n)，多会在光伏逆变器的输入埠加装计时器，以排除清晨或傍晚时的低太阳辐射能的干扰。
[0004]但加装计时器的设计不但减损了应有的发电总功率，更无法在天候不佳的状况下，例如阴雨天，或是有雾的天候下，保护光伏逆变器、保障发电品质，免于太阳能板轻载发电时的干扰。
[0005]而澳洲的Fronius Internat1nal与中国内地的华为技术有限公司不约而同的采用模组化的设计架构，利用多组小型化的最大功率追踪模组，依太阳能板输出的可能最大电功率，轮流切换对应的最大功率追踪模组数量，无论太阳能板处于轻载或满载时，达成整组光伏逆变器都可以工作于高效、稳定的状态。但是Fronuis Internat1nal的最大功率追踪模组仅有5KW，虽然在低太阳辐射条件下提供了较好的发电效率，但受限于功率规模并不适合于大型光伏发电系统，而且在多组小型化的最大功率追踪模组的操作下，许多共用的元件，如开关电闸、直流滤波器，PWM控制组件会增加不少额外的成本；
[0006]而华为技术有限公司的最大功率模组为250KW，单机功率为500KW，使用多组500KW机依太阳辐射强度，决定工作的单机数量，电力输送会因为太阳能板的幅员广大，复杂的配线、电闸的开关损失，以及太阳能板特性匹配的困难，降低了实际转换效率。
[0007]而华为技术有限公司于2013年底进行了较大型的测试计画，实验结果证明以20KW的小型光伏逆变器200组所成的串列式发电系统，仍然较500KW光伏逆变器8组的实际光电转换效率来的高3.04%，但若是于低太阳辐射能的条件下(下午17:10)，转换效率甚或相差40.85%。太阳能板于匹配不良的情形下，最大功率追踪模组仅能操作于折衷下的最大功率点，至使最大功率追踪模组的效能降低，由此可知，大规模的太阳能板配置可控制工作数量的光伏逆变器，仍是无法有效地将低太阳辐射能收入发电系统。
[0008]另外，由图2A、2B可知，当太阳能板在无法完全依光伏转换效率与光伏电动势做完整配对的情况下，所有太阳能板无法在相同的工作条件下同时达成最佳光伏转换效率，而是相对折衷的最佳操作点，因此太阳能板整体效率因而下降。由此可知，当太阳能板的数量越大，这种转换效率下跌的状况越明显。
[0009]因此，若是于低太阳辐射状态时，将多个太阳能板将所输出的微小电力对该储能设备进行充电，并于充电到一定程度后，再将该储能设备所储存的电能、及多个太阳能板所输出的微小电力，一并输出至光伏逆变器，以使于低太阳福射状态下，该光伏逆变器能够提供最佳太阳电能转换效率、并使该太阳能模组能够操作于最大功率输出点，如此应为一最佳解决方案。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供一种太阳能增效储能系统及其方法，能够于低太阳辐射状态时，将多个太阳能板将所输出的微小电力对该储能设备进行充电，并于充电到一定程度后，再将该储能设备所储存的电能、及多个太阳能板所输出的微小电力，一并输出至光伏逆变器，以使于低太阳辐射状态下，光伏逆变器能够提供最佳太阳电能转换效率、并使该太阳能模块能够操作于最大功率输出点。
[0011]为实现上述目的，本发明公开了一种太阳能增效储能系统，其特征在于包含:
[0012]一太阳能模块，由多个太阳能板互连而成；
[0013]一光伏逆变器，与该太阳能模块相连接，用以将该太阳能模块所产生的电力转换为与市电相同电压与频率；
[0014]一第一切换开关，设置于该太阳能模块及该光伏逆变器之间；
[0015]一储能设备，与该太阳能模块相连接，而该储能设备系由多个电池单元串接而成，而每一个电池单元内包含了数个电池及数个监控模块，其中该储能设备用以储存该光伏逆变器处于低载运转状态下的太阳能模块所输出的电力；
[0016]一第二切换开关，设置于该太阳能模块及该储能设备之间；
[0017]一直流转换器，与储能设备相连接，该直流转换器为一将该储能设备的电力升压转换为与该太阳能模块的太阳能板的最佳工作电压相近的电力转换器；
[0018]一第三切换开关，设置于该储能设备及直流转换器之间；
[0019]一控制主机，包含了一中央控制单元，该中央控制单元与该第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关、太阳能模块、直流转换器及储能设备相连接，其中该中央控制单元判断该太阳能模块所输出的电力使该光伏逆变器处于低载运转状态下，则开启该第二切换开关，以使太阳能模块能够将所产生的电力输入该储能设备中进行充电，并于该储能设备充电到一定程度，该中央控制单元能够控制该第三切换开关连通，其中使该光伏逆变器处于低载运转状态下的太阳能模块能够将所产生的电力输出至该光伏逆变器，且该储能设备能够一并进行放电、以将电力透过该直流转换器输出至该光伏逆变器。
[0020]其中，该电池单元的监控模块能够将该电池储存的电能资讯回传至该中央控制单元，该储能设备能够以近似定电压追踪模式，将使该光伏逆变器处于低载运转状态下的太阳能模块所输出的电力进行储存。
[0021]其中，该中央控制单元能够控制该直流转换器处于以温度修正的定电压追踪模式，以使该直流转换器能够提供最佳太阳电能转换效率、并使该太阳能模块能够操作于最大功率输出点。
[0022]其中，该直流转换器为隔离型的转换器。
[0023]其中，该直流转换器内具有直流电压转换电路，用以将该储能设备进行放电所输出至该光伏逆变器的电压垫高。
[0024]还公开了一种太阳能增效储能方法，其特征在于步骤为:
[0025]于低太阳福射时，将一太阳能模块的多个太阳能板所输出的微小电力对一储能设备进行充电；
[0026]再将该储能设备所储存的电能、及该太阳能模块的多个太阳能板所输出的微小电力，一并输出至一光伏逆变器，以使于低太阳辐射状态下，使光伏逆变器能够提供最佳太阳电能转换工作电压、并使该太阳