控制系統架構

本研究將單軸追日裝置所承載的太陽光發電系統設計採用 nMPPO 技術，系統 架構如圖 2.2-1 所示。此系統分為六大部分：(1)太陽板、(2) 1A-MPG 控制器、(3) 電池充放電控制器、(4)蓄電池、(5)負載、(6)監控設備。

圖 2.2-1 1A-MPG單軸追日太陽光電系統架構

本研究所架設之實驗場所均採圖 2.2-1 之系統架構，設置地點分別為大樓頂樓 與住家環境。兩套太陽光電系統所使用太陽電池、蓄電池及負載(燈泡；冷氣機)均 使用現成的市售產品。

本小節將針對充放電控制器方面做詳細介紹：大樓頂樓採用實驗室自行研發 的 i-Scon2 充放電控制器，並具有量測充電電壓和電流之功能；住家環境則使用實 驗室開發之隔離混合型太陽光發電系統(hybrid photovoltaic system, HyPV) [11]以及 其電力切換控制技術，讓太陽光電系統在市電與太陽能兩種供電模式切換，並搭配

逆變器將直流轉交流來驅動負載。

雖然這兩套系統採用兩種不同充放電控制器，但這兩種控制器皆藉由量測太 陽電池與蓄電池的電壓進行充放電切換，因此不影響 1A-MPG 控制器的追日性能 測試。圖 2.2-3 為頂樓所採用之 i-Scon2 充放電控制器針對單軸追日控制流程圖，

其充放電模式分為白天與夜晚兩種：

(1) 白天充放電模式

日出時，太陽電池電壓由低電壓漸漸升高，當高於蓄電池電壓時，充放電控制 器即判斷為白天，開始進入充電模式，同時量測蓄電池的電壓與電流。若蓄電池電 壓升高到飽充電壓，此時控制器開啟金氧半場效電晶體(MOSFET)來降低充電電流，

如圖 2.2-2 所示，以保護蓄電池避免因過度充電造成損壞。而在本研究單軸追日性 能測試時，不希望蓄電池進入飽充階段，造成發電損失，因此，當充電電壓快升高 到飽充點時，同時加入負載放電的方式，避免蓄電池進入飽充階段。

(2) 晚上放電模式

日落時，太陽電池電壓漸漸下降，當低於蓄電池電壓時，控制器會判斷為夜晚，

開始進入 PWM 負載放電模式 [12]。若蓄電池在放電一段時間後，電壓降低到過 放點，為避免蓄電池過度放電而造成毀損，控制器會中斷放電以保護電池，直到次 日白天時，蓄電池才開始進行充電。

圖 2.2-2 太陽光電系統充放電圖 [4]

圖 2.2-3 充放電控制器控制流程圖

由於太陽電池的輸出功率受操作電壓影響，因此本研究採用 nMPPO 系統設計 方法 [13, 14, 15]，不採用傳統的最大功率追蹤控制器(MPPT)進行最大功率發電。

nMPPO 需要匹配太陽電池與蓄電池的電壓，因此需慎選太陽電池，使其最大功率 點剛好落在蓄電池的操作電壓範圍(23.6~28.8V)，如圖 2.2-4 所示。由圖可觀察出 蓄電池操作範圍最好保持在最大功率點的左側，避免發電功率下降。

圖 2.2-4 230Wp太陽電池特性曲線 [16]