技术领域
背景技术
[0002]
太阳能系统发电阵列中，如有单一模
块发生故障会造成整体发电功率下降，甚至无法正常运作提供电
力。虽然一般太阳能案场大多具备串行监控，然而当某一
电池串行发生异常时，并不易查找出发生异常的模块，导致使用者无法以快速的方法进行实时监测，立即找出故障模块的
位置。
[0003] 若模块监控与模块整合需经过认证，且可靠度要求极高因而成本相对提高。因此，如何以快速、简易且低成本的方式监测太阳能模块为本领域的一项重要课题。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提出一种太阳光电系统，利用齐纳
二极管的特性，判断
太阳能电池串行的失效程度。
[0005] 为实现上述目的，依据本发明的一
实施例，提供一种太阳光电系统，其包含太阳能电池串行、
旁路二极管及发光模块。太阳能电池串行具有正端与负端(且包含相互
串联的多个太阳能电池)。旁路二极管与太阳能电池串行并联。发光模块与太阳能电池串行并联，发光模块包含
齐纳二极管与
发光二极管。齐纳二极管具有
阳极端与
阴极端，齐纳二极管的阴极端电性连接太阳能电池串行的正端，且齐纳二极管的阳极端电性连接太阳能电池串行的负端。发光二极管与齐纳二极管串联，其中发光模块具有
电压阈值，电压阈值为齐纳二极管的崩溃电压值且关联于太阳能电池串行于一测试条件(标准照度)下的最大功率的电压。
[0006] 其中，该发光模块更包含与该发光二极管串联的一限流
电阻。
[0007] 其中，该发光模块为一第一发光模块，该发光模块的该齐纳二极管与该发光二极管分别为一第一齐纳二极管与一第一发光二极管，且该太阳光电系统更包含一第二发光模块，该第二发光模块包含：一第二齐纳二极管，具有一阳极端与一阴极端，该第二齐纳二极管的该阴极端电性连接该太阳能电池串行的该正端，且该齐纳二极管的该阳极端电性连接该太阳能电池串行的该负端；以及一第二发光二极管，与该第二齐纳二极管串联；其中，该第二发光模块具有一电压阈值，不同于该第一发光模块的该电压阈值，且该第二发光模块的该电压阈值为该第二齐纳二极管的一崩溃电压值。
[0008] 其中，该第一发光模块包含一第一限流电阻，且该第二发光模块包含一第二限流电阻，该第一限流电阻与该第一发光二极管串联，且该第二限流电阻与该第二发光二极管串联。
[0009] 依据本发明的一实施例提供一种太阳光电系统，包含太阳能模块及发光模块。太阳能模块具有正端与负端且包含多个太阳能电池串行及多个旁路二极管。每个旁路二极管与该些太阳能电池串行中对应的一个太阳能电池串行并联。发光模块与太阳能模块并联，发光模块包含齐纳二极管及发光二极管。齐纳二极管具有阳极端与阴极端，齐纳二极管的阴极端电性连接太阳能模块的正端，且齐纳二极管的阳极端电性连接太阳能模块的该负端。发光二极管与齐纳二极管串联。其中发光模块具有电压阈值，电压阈值系为齐纳二极管的崩溃电压值且小于该些太阳能电池串行于一测试条件下的最大功率点电压。
[0010] 其中，该发光模块更包含与该发光二极管串联的一限流电阻。
[0011] 其中，该发光模块为一第一发光模块，该发光模块的该齐纳二极管与该发光二极管分别为一第一齐纳二极管与一第一发光二极管，且该太阳光电系统更包含一第二发光模块，该第二发光模块包含：一第二齐纳二极管，具有一阳极端与一阴极端，该第二齐纳二极管的该阴极端电性连接该太阳能模块的该正端，且该第二齐纳二极管的该阳极端电性连接该太阳能模块的该负端；以及一第二发光二极管，与该第二齐纳二极管串联；其中，该第二发光模块具有一电压阈值，不同于该第一发光模块的该电压阈值，且该第二发光模块的该电压阈值为该第二齐纳二极管的一崩溃电压值。
[0012] 其中，该第一发光模块包含一第一限流电阻，且该第二发光模块包含一第二限流电阻，该第一限流电阻与该第一发光二极管串联，且该第二限流电阻与该第二发光二极管串联。
[0013] 依据本发明的一实施例提供一种太阳光电系统，其包含多个太阳能电池串行，多个旁路二极管及多个发光模块。每个太阳能电池串行具有正端与负端(且包含相互串联的多个太阳能电池)。每个旁路二极管与该些太阳能电池串行中对应的一个太阳能电池串行并联。每个发光模块与该些太阳能电池串行中对应的一太阳能电池串行并联，每个发光模块包含齐纳二极管与发光二极管。齐纳二极管具有阳极端与阴极端，齐纳二极管的阴极端电性连接对应的太阳能电池串行的正端，且齐纳二极管的阳极端电性连接对应的太阳能电池串行的负端。发光二极管与齐纳二极管串联，其中每个发光模块具有电压阈值，此电压阈值为对应的齐纳二极管的崩溃电压值且关联于对应的太阳能电池串行于一测试条件下(标准照度下)的最大功率的电压。
[0014] 其中，每一该发光模块更包含与该发光二极管串联的一限流电阻。
[0015] 其中，每一该发光模块为一第一发光模块，且每一该发光模块的该齐纳二极管与该发光二极管分别为一第一齐纳二极管与一第一发光二极管，且该太阳光电系统更包含多个第二发光模块，每一该第二发光模块与该太阳能电池串行中对应的一太阳能电池串行并联，且每一该第二发光模块包含：一第二齐纳二极管，具有一阳极端与一阴极端，该第二齐纳二极管的该阴极端电性连接对应的该太阳能电池串行的该正端，且该第二齐纳二极管的该阳极端电性连接对应的该太阳能电池串行的该负端；以及一第二发光二极管，与该第二齐纳二极管串联；其中每一该第二发光模块具有一电压阈值，不同于每一该第一发光模块具有的该电压阈值，每一该第二发光模块的该电压阈值为对应的该第二齐纳二极管的一崩溃电压值且小于对应的该太阳能电池串行于一测试条件下的最大功率点电压。
[0016] 其中，每一该第一发光模块包含一第一限流电阻，且每一该第二发光模块包含一第二限流电阻，该第一限流电阻与该第一发光二极管串联，且该第二限流电阻与该第二发光二极管串联。
[0017] 综上所述，于本发明所提出的太阳光电系统中，主要是分析阳能电池串行于标准照度下的最大功率的电压以选取适当规格的齐纳二极管，并将此齐纳二极管搭配发光二极管一并配置在太阳能模块。借此，利用齐纳二极管的元件特性，根据太阳能模块所提供的电压大小而选择性地导通回路使发光二极管发亮，进而达到太阳能模块的失效检测。
[0018] 以下结合
附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
[0019] 图1为依据本发明的一实施例所绘示的太阳光电系统的
电路示意图。
[0020] 图2为依据本发明的一实施例所绘示的太阳能模块的电压-
电流曲线示意图。
[0021] 图3为依据本发明的另一实施例所绘示的太阳光电系统的电路示意图。
[0022] 图4为依据本发明的另一实施例所绘示的太阳光电系统的电路示意图。
[0023] 图5为依据本发明的另一实施例所绘示的太阳光电系统的电路示意图。
[0024] 图6为依据本发明的另一实施例所绘示的太阳光电系统的电路示意图。
[0025] 图7为依据本发明的另一实施例所绘示的太阳光电系统的电路示意图。
[0026] 其中，附图标记：
[0027] 1、2、3、4、5、6 太阳光电系统
[0028] 10、20、30、40、50、60 太阳能模块
[0029] 10a、20a、30a～30c、40a～40c、50a～50c、60a～60c 太阳能电池串行[0030] 12、22、32a～32c、42a～42c、52a～52c、62a～62c 旁路二极管
[0031] 14、24a～24c、34、44a～44c、54a～54c、64a～64c、65a～65c、66a～66c 发光模块[0032] 141、241a～241c、341、441a～441c、541a～541c、641a～641c、651a～651c、661a～661c 齐纳二极管
[0033] 143、243a～243c、342、443a～443c、543a～543c、642a～642c、652a～652c、662a～662c 发光二极管
[0034] 145、245a～245c、343、445a～445c、545a～545c、643a～643c、653a～653c、663a～663c 限流电阻
[0035] C1～C6 太阳能电池
[0036] Vout 工作电压
[0038] IR1～IR3 照度
[0039] y 回归方程式
[0040] P1～P3 最大功率点
具体实施方式
[0041] 以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本
说明书所揭露的内容、
专利范围及图式，任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
[0042] 请参照图1，图1为依据本发明的一实施例所绘示的太阳光电系统的电路示意图。如图1所示，太阳光电系统1包含太阳能电池串行10a、旁路二极管12及发光模块14。太阳能电池串行10a由多个太阳能电池C1串联所构成，并搭配旁路二极管12作为一个太阳能模块
10，而这些太阳能电池C1可将入射的太阳光转换为
电能，据以提供一工作电压Vout。在此实施例的太阳能电池数量仅用于举例说明，本发明不以此为限。旁路二极管12与发光模块14均与太阳能电池串行10a并联，其中发光模块14包含齐纳二极管141及发光二极管143。齐纳二极管141具有阴极端与阳极端分别电性连接太阳能电池串行10a的正端(+)与负端(-)，而发光二极管143与齐纳二极管141串联。
[0043] 发光模块14具有一电压阈值，太阳光电系统1可根据工作电压Vout与此电压阈值选择性地导通系统回路以使发光二极管143发亮，据以判断太阳能电池C1发生异常与否。更具体来说，此电压阈值可视为齐纳二极管141所具有的一崩溃电压值，而本发明所提出的太阳光电系统1便是利用齐纳二极管141的崩溃电压的元件特性以进行太阳能模块内部的失效检测。
[0044] 以一实施范例来说明，假设齐纳二极管141的崩溃电压值为6伏特，而当太阳能模块内部的太阳能电池C1均为正常状态时，因所输出的工作电压Vout足够大，故可提供达到崩溃电压值的逆向
偏压而使齐纳二极管141导通，进而让发光二极管143发亮。反过来说，当太阳能模块内部的太阳能电池C1处于异常状态(例如异物遮蔽或热斑现象)时，导致所输出的工作电压Vout会变小，故所提供的逆向偏压未能达到崩溃电压值，而无法使齐纳二极管141导通。此时，发光二极管143便无法发亮。
[0045] 此崩溃电压值关联太阳能电池串行于一测试条件下的最大功率点电压，具体而言，崩溃电压值小于测试条件下的最大功率点电压，例如崩溃电压值标示为Vb，而测试条件下的最大功率点电压标示为Vmpp，其中可成立关系式：0.25Vmpp
温度差所造成的电压差异，以定义出齐纳二极管141的逆向导通电压规格(即崩溃电压值)。于实务上，地面光伏模块标准测试条件(STC)指大气质量AM＝1.5；光照度＝1000W/m2；温度＝25℃。[0046] 举例来说，请参照图2，图2是依据本发明的一实施例所绘示的太阳能模块的电压-电流曲线示意图。如图2所示，在一测试条件(25℃)之下，太阳能模块于不同照度IR1～IR3下的电压-电流关系曲线，其中包含最大功率点P1～P3。于此实施例中，照度IR1～IR3分别为1000W/m2、800W/m2、600W/m2，而最大功率点P1～P3数值分别为(38,7.8)、(37.4,6.2)、(37,4.8)。针对该些最大功率点P1～P3进行线性回归分析而获得一回归方程式y。举例来说，可利用线性回归法的
预测模型y＝ax+b，代入上述最大功率点P1～P3求得a与b的解，而得到回归方程式y＝2.973x-105.12。借由使用此回归方程式y，即可查找出初步的齐纳二极管规格。亦即，当电流为零(y＝0)时所对应的电压(35.3V)即为初步的齐纳二极管规格。
[0047] 然而，由于太阳能模块的正常
工作温度不会维持在25℃。当模块温度越高时，电压会越低，因此需将温度所导致的电压差列入考虑。此电压差＝V×Coev×(NOCT-STC)，其中V代表模块开路电压、Coev代表电压温度系数、NOCT代表实际工作温度、STC代表正常工作温度。借由上述公式，可得电压差＝36×0.00416×(45-25)＝2.99(V)，接着再进一步将前述初步的齐纳二极管规格(即35.3V)减去此电压差(即2.99V)，便可定义出最终的齐纳二极管规格(即32.3V)。于一实施例中，如图1所示，发光模块14更包含限流电阻145，此限流电阻145与发光二极管143串联。配置此限流电阻145的目的在于限制通过发光二极管143的电流，以避免电流过大导致发光二极管143损毁。
[0048] 请参照图3，图3是依据本发明的另一实施例所绘示的太阳光电系统的电路示意图。相较于图1实施例的太阳光电系统1，图3的太阳光电系统2包含多个发光模块。详细来说，太阳光电系统2包含具有多个太阳能电池C2的太阳能电池串行20a、旁路二极管22及发光模块24a、24b、24c，其中太阳能电池串行20a与旁路二极管22构成一太阳能模块20。旁路二极管22及发光模块24a、24b、24c与太阳能电池串行20a并联。发光模块24a包含齐纳二极管241a及发光二极管243a，发光模块24b包含齐纳二极管241b及发光二极管243b，而发光模块24c包含齐纳二极管241c及发光二极管243c。齐纳二极管241a、齐纳二极管241b及齐纳二极管241c的阴极端均电性连接太阳能电池串行20a的正端(+)，而齐纳二极管241a、齐纳二极管241b及齐纳二极管241c的阳极端均电性连接太阳能电池串行20a的负端(-)。在此所述的发光模块的数量仅用于举例说明，于其它实施例中，发光模块的数量可为两个或大于三个，本发明不以上述实施例为限。
[0049] 于此实施例中，每个发光模块24a、24b、24c个别具有电压阈值，其分别代表对应的齐纳二极管241a、241b、241c的崩溃电压值。这些齐纳二极管241a、241b、241c的崩溃电压值均不相同，例如可分别为6伏特、9伏特及12伏特。此实施例主要利用不同规格的齐纳二极管来检测太阳能模块内部的这些太阳能电池C1的失效程度。以具体的例子来说明，假设齐纳二极管241a、241b、241c的崩溃电压值分别为6伏特、9伏特及12伏特，当太阳能模块内的太阳能电池C1发生轻微异常时，因所输出的工作电压Vout下降，因此所提供的逆向偏压大于9伏特但小于12伏特。此时，仅有齐纳二极管241a与241b被导通而使对应的发光二极管243a与243b发亮，而齐纳二极管241c未被导通，故对应的发光二极管243c无法发亮。
[0050] 在另一个例子中，当太阳能模块内的太阳能电池C1发生严重异常时，导致所提供的逆向偏压小于6伏特。此时，所有的齐纳二极管241a、241b、241c均未被导通，因此对应的发光二极管243a、243b、243c均未发亮。换言之，使用者可以根据发光二极管的灯号显示而判断太阳能模块的失效程度。于实作上，发光二极管243a、243b、243c可发出不同色光，例如绿、黄、红等
颜色。借由发光二极管的不同色光的明亮显示，可让使用者快速掌握当前太阳能模块的失效程度。
[0051] 在实际应用上，针对大规模的太阳光电系统(例如大型太阳能案场)，可使用空拍机拍摄太阳光电系统当中的各个发光二极管的灯号状态，以利快速地进行检测。而针对小规模的太阳光电系统(例如小型家用太阳能案场)，使用者可直接对发光二极管进行观测，便可判断系统模块的良劣，而无需读取系统模块相关信息。于一实施例中，每个发光模块24a、24b、24c均具有限流电阻245a、245b、245c，分别与发光二极管243a、243b、243c串联，主要分别用于限制通过发光二极管243a、243b、243c的电流，以避免电流过大导致该些发光二极管损毁。
[0052] 请参照图4，图4是依据本发明的另一实施例所绘示的太阳光电系统的电路示意图。图4实施例的太阳光电系统3包含一太阳能模块30以及发光模块34。相较于图1实施例，图3的太阳能模块30具有多个太阳能电池串行30a、30b、30c以及多个旁路二极管32a、32b、32c，其中每个太阳能电池串行具有多个太阳能电池C3且与对应的旁路二极管并联，而发光模块34包含相互串联的齐纳二极管341与发光二极管342。在实务上，设置旁路二极管的目的在于当太阳能电池串行发生异常(例如热斑效应)时，可跨越过发生问题的电池串行而将电流导引至其它电池串行以继续进行工作。
[0053] 太阳能模块30的正端(+)与负端(-)分别电性连接发光模块34内的齐纳二极管341的阴极端与阳极端。这些太阳能电池串行30a、30b、30c均由多个太阳能电池C3串联所构成，以提供一工作电压Vout。类似于图1实施例，当太阳能模块30内部的太阳能电池C3发生异常，其所提供的工作电压Vout低于齐纳二极管341的崩溃电压。此时，便无法导通齐纳二极管341而使发光二极管342发亮。于一实施例中，发光模块34更包含限流电阻343与发光二极管342串联，用于限制通过发光二极管342的电流。
[0054] 请参照图5，图5是依据本发明的另一实施例所绘示的太阳光电系统的电路示意图。相较于图4，图5实施例的太阳光电系统4配置有多个发光模块。如图5所示，太阳光电系统4包含一太阳能模块40以及发光模块44a、44b、44c。太阳能模块40具有多个太阳能电池串行40a、40b、40c以及多个旁路二极管42a、42b、42c，其中每个太阳能电池串行具有多个太阳能电池C4且与对应的旁路二极管并联。发光模块44a包含相互串联的齐纳二极管441a与发光二极管443a，发光模块44b包含相互串联的齐纳二极管441b与发光二极管443b，而发光模块44c包含相互串联的齐纳二极管441c与发光二极管443c。每个发光模块44a、44b、44c均具有限流电阻445a、445b、445c。
[0055] 上述的多个发光模块个别具有电压阈值，其分别代表对应的齐纳二极管441a、441b、441c的崩溃电压值。这些齐纳二极管441a、441b、441c的崩溃电压值均不相同。通过不同规格的齐纳二极管具有的特定崩溃电压值的元件特性，可有效地判断太阳能模块整体的失效状态。亦即，当该些太阳能电池串行40a、40b、40c当中的太阳能电池发生异常，所提供的工作电压Vout下降，导致提供给齐纳二极管441a、441b、441c的逆向偏压不足。在此情形下，仅有部份齐纳二极管导通或是所有的齐纳二极管均不导通。借由各个发光二极管的灯号状态，可简易地检测太阳能模块的失效程度为何。
[0056] 前述实施例是多个太阳能电池串行整体共享一套发光模块，然而为了可以更明确呈现太阳能模块内的各个太阳能电池串行的失效状态与程度，可针对每个太阳能电池串行各别配置发光模块，举例来说，请参照图6，图6是依据本发明的另一实施例所绘示的太阳光电系统的电路示意图。如图6所示，太阳光电系统5包含太阳能模块50及多个发光模块54a、54b、54c。太阳能模块50包含多个太阳能电池串行50a、50b、50c以及多个旁路二极管52a、
52b、52c。每个太阳能电池串行具有多个太阳能电池C5。发光模块54a、54b、54c分别包含齐纳二极管541a、541b、541c以及发光二极管543a、543b、543c。其中，每个太阳能电池串行与对应的旁路二极管以及发光模块并联，且个别提供输出电压V1、V2、V3。太阳能电池串行
50a、50b、50c均具有正端与负端，分别电性连接齐纳二极管541a、541b、541c的阴极端与阳极端。每个发光模块54a、54b、54c均具有限流电阻545a、545b、545c。
[0057] 于此实施例中，每个太阳能电池串行均配置各自的发光模块，而该些发光模块54a、54b、54c分别具有电压阈值，其分别对应齐纳二极管541a、541b、541c所具有的崩溃电压值。所述的崩溃电压值关联于对应的太阳能电池串行于标准照度条件下的最大功率的电压。详细来说，齐纳二极管541a、541b、541c所具有的崩溃电压值分别关联于太阳能电池串行50a、50b、50c在标准照度下的最大功率的电压。关于崩溃电压值如何由标准照度下的最大功率的电压所计算而得到的细部描述已于前述段落(例如图2实施例)中有详细介绍，故在此不予赘述。在图6的太阳光电系统5中，借由不同的发光模块的发光二极管的灯号显示，可快速简易地判别哪些太阳能电池串行发生异常。
[0058] 举例来说，假设太阳能电池串行50c当中的某些太阳能电池有异常，则太阳能电池串行50c所提供的输出电压V3下降而导致供给齐纳二极管541c的逆向偏压未能达到对应的崩溃电压值。而另外的太阳能电池串行50a与50b均正常运作，则此时个别提供的输出电压V1与V2可供给齐纳二极管541c达到崩溃电压值的逆向偏压。此时，齐纳二极管541a与541b均被导通而点亮发光二极管543a与543b，而齐纳二极管541c未能被导通而点亮发光二极管543c。借此，使用者可以快速地掌握哪些太阳能电池串行发生异常，而可以进行后续相应的检修。
[0059] 请参照图7，图7是依据本发明的另一实施例所绘示的太阳光电系统的电路示意图。如图7所示，太阳光电系统6包含太阳能模块60及多个发光模块64a～64c、65a～65c、66a～66c。太阳能模块60包含多个太阳能电池串行60a、60b、60c以及多个旁路二极管62a、62b、62c。每个太阳能电池串行具有多个太阳能电池C6。发光模块64a～64c分别包含齐纳二极管
641a、641b、641c以及发光二极管642a、642b、642c。发光模块65a～65c分别包含齐纳二极管
651a、651b、651c以及发光二极管652a、652b、652c。发光模块66a～66c分别包含齐纳二极管
661a、661b、661c以及发光二极管662a、662b、662c。
[0060] 每个太阳能电池串行与对应的旁路二极管以及发光模块并联，且太阳能电池串行60a、60b、60c均具有正端(+)与负端(-)，且可分别提供输出电压V1、V2、V3。太阳能电池串行
60a的正端与负端分别电性连接齐纳二极管641a、641b、641c的阴极端与阳极端。太阳能电池串行60b的正端与负端分别电性连接齐纳二极管651a、651b、651c的阴极端与阳极端。太阳能电池串行60c的正端与负端分别电性连接齐纳二极管661a、661b、661c的阴极端与阳极端。类似于前述实施例，图7的太阳光电系统6中的发光模块64a～64c、65a～65c、66a～66c均可包含限流电阻643a～643c、653a～653c、663a～663c，且上述该些限流电阻分别串联于对应的发光二极管。
[0061] 相较于图6实施例，图7实施例的太阳光电系统6可个别针对单一太阳能电池串行进行失效程度的检测。举例来说，假设太阳能电池串行60c发生异常，其所提供的输出电压V3无法使供给齐纳二极管661a～661c的逆向偏压达到对应的崩溃电压值。此时，该些发光二极管662a、662b、662c均未被点亮。使用者通过目视或使用空拍机拍摄，即可判断太阳能电池串行60c所发生的异常系为相当严重，而可以立即对此异常的太阳能电池串行进行检修。
[0062] 综合以上所述，于本发明所提出的太阳光电系统中，主要是分析阳能电池串行于标准照度下的最大功率的电压以选取适当规格的齐纳二极管，并将此齐纳二极管搭配发光二极管一并配置在太阳能模块。借此，利用齐纳二极管的元件特性，根据太阳能模块所提供的电压大小而选择性地导通回路使发光二极管发亮，进而达到太阳能模块的失效检测。
[0063] 当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和
变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明
权利要求的保护范围。
