本論文針對獨立型的太陽能系統，提出了適應性卡爾曼濾波器的參數調整機制，根據前一時刻的功率狀態，來估測動態系統的狀態行為，以有效地降低大氣變化的影響。另外，還將安全規範納入設計考量，包含漏電流測試及溫升測試這兩個子項，來加強產品的安全性，避免造成使用者之危害，同時還保有不錯的電力轉換效率。

This thesis aims at reducing the effect of weather on an independent solar power system, utilizing Kalman filter’s parameter adjusting regulation to estimate the behavior of the dynamic system based on the knowledge of the prior states of power. In addition, the safety regulations including leakage current testing and temperature testing are taken into consideration in order to enhance the safety to avoid causing any endanger to the users, while maintaining decent energy conversion efficiency.

目錄
中文摘要 …………. I
英文摘要…………...II
目錄 ................................ ................................ ................................ ........... III
圖目錄 ................................ ................................ ................................ ...... VI
表目錄 ................................ ................................ ................................ ........ X
第 1章 緒論 ................................ ................................ ............................. 11
1.1 研究動機 ................................ ................................ ................... 11
1.2 研究背景 ................................ ................................ ................... 13
1.3 論文架構 ................................ ................................ ................... 15
第 2章 背景知識 ................................ ................................ .................... 16
2.1 太陽能電路模型 .......... ................................ ....... 16
2.2 昇壓型電源轉換器....... ... 23
2.2.1 昇壓型電源轉換器之基本原理 ................................ .... 23
2.2.2  連續導通模式之穩態分析 ................................ ............ 24
2.2.3  電路元件之選擇 ................................ ............................ 32
2.3 安規認證的起源源 ................................ ................................ ....... 42
2.4 漏電流測試 ................................ ................................ ............... 44
2.4.1 漏電測試方式 ................................ ................................ 44
2.5 溫度測試 ................................ ................................ ................... 50
2.5.1 熱電偶 ................................ ................................ ............ 50
2.5.2 溫升線量測位置說明 ................................ .................... 52
第 3章 最大功率追蹤演算法之實現................................ .................... 56
3.1 最大功率追蹤演算法之系統架構................................ ........... 56
3.23.2 硬體電路設計 ................................ ................................ ........... 57
3.2.1 感測模組 ................................ ................................ ........ 57
3.3 適應性卡爾曼濾波器................................ ............................... 61
3.4 昇壓電路 ................................ ................................ ................... 65
3.4.1 閘極驅動電路 ................................ ................................ 68
3.4.2 昇壓電路 ................................ ................................ ........ 70
3.5 人性化顯示介面 ................................ ................................ ....... 72
第 4章 ................................ ................................ ................................ ....... 76
4.1 實驗環境介紹................................ ................................ ........... 76
4.2 最大功率追蹤之效能分析................................ ....................... 80
4.3安規檢測實驗 ................................ ................................ ........... 87
4.3.1 漏電流 ................................ ................................ ............ 87
4.3.2 溫度測試 ................................ ................................ ........ 88
第 5章 結論 ................................ ................................ ............................. 92
參考文獻 ................................ ................................ ................................ .. 94


圖目錄
圖 2.1太陽能電池物理結構。	17
圖 2.2太陽能電池等效電路。	18
圖 2.3照度固定、溫度改變的太陽能板特性曲線圖。	22
圖 2.4溫度固定、照度改變的太陽能板特性曲線圖。	22
圖 2.5昇壓型轉換器。	23
圖 2.6昇壓型電壓轉換器在連續導通模式下操作。	25
圖 2.7電路操作於連續導通模式下之電壓波形。	30
圖 2.8電路操作於連續導通模式下之電流波形。	32
圖 2.9操作於連續導通模式下之輸出漣波電壓。	33
圖 2.10昇壓型電壓轉換器在不連續導通模式下操作。	37
圖 2.11電路操作於不連續導通模式下之電壓波形。	41
圖 2.12電路操作於連續導通模式下之電流波形。	42
圖 2.13皮膚組織結構示意圖。	45
圖 2.14人體阻抗的等效電路。	45
圖 2.15人體皮膚阻抗 (a)皮膚阻抗電路 (b)1MΩ電阻之頻率特性。	46
圖 2.16有感電流測試的人體阻抗模型。	48
圖 2.17可逃脫的電流測試的人體阻抗模型。	49
圖 2.18電灼傷電流測試的人體阻抗模型。	50
圖 2.19熱電偶原理示意圖。	51
圖 2.20半導體元件量測位置。	53
圖 2.21電容器元件量測位置。	53
圖 2.22電阻器和二極體元件量測位置。	54
圖 2.23電感器元件量測位置。	54
圖 2.24連結器元件量測位置。	55
圖 3.1控制演算法的架構圖。	56
圖 3.2硬體電路設計圖。	57
圖 3.3電壓感測電路。	58
圖 3.4電流感測電路。	59
圖 3.5 LTC-6103放大倍率示意圖。	60
圖 3.6太陽能板日照變化圖。	60
圖 3.7太陽能日照區間判斷規則的示意圖。	61
圖 3.8過程雜訊共變異矩陣 參數的調整機制(a)距離最大功率點較遠的情況(b) 距離最大功率點較近的情況。	65
圖 3.9 MPPT控制器輸出端電路的示意圖。	66
圖 3.10 PWM脈衝寬度調變產生器模組架構圖。	67
圖 3.11以FPGA實現PWM脈衝寬度調變產生器模組。	68
圖 3.12閘極驅動電路圖。	68
圖 3.13隔離式元件光電晶體6N136。	69
圖 3.14昇壓電路示意圖。	72
圖 3.15並列與串列資料轉換。	73
圖 3.16非同步串列式訊號字元傳送格式。	73
圖 3.17資料傳輸的封包格式。	74
圖 3.18人性化顯示介面。	74
圖 3.19最大功率追蹤之人性化顯示介面(a) 電壓資訊(b)電流資訊(c)最大功率追蹤的結果。	75
圖 4.1最大功率追蹤的實驗平台。	76
圖 4.2最大功率追蹤系統。	77
圖 4.3漏電流安規檢測之實測環境。	78
圖 4.4溫升安規檢測之實測環境。	79
圖 4.5太陽能板量測的數據資料-2015/09/05 (a)電壓的變化(b)電流的變化。	81
圖 4.6功率變化程度(a)方法一之功率變化(b) 方法二之功率變化。	83
圖 4.7電壓變化程度(a)方法一之電壓變化(b)方法二之電壓變化。	84
圖 4.8電流變化程度(a)方法一之電流變化(b)方法二之電流變化。	85
圖 4.9最大功率追蹤結果(a)方法一的功率震盪範圍(b)方法二的功率震盪。	86
圖 4.10環境溫度0度測試結果。	89
圖 4.11環境溫度25度測試結果。	90
圖 4.12環境溫度40度測試結果。	91

表目錄
表 2.1太陽能板SP75電器規格(1kW/ m2 , 25℃)	21
表 2.2產品申請各國的安規標章	43
表 2.3電流對人體的影響	47
表 2.4熱電偶之種類	52
表 3.1昇壓型轉換器的電器規格	70
表 4.1太陽能板之電器規格	77
表 4.2筆記型電腦之規格	78
表 4.3溫升檢測之相關儀器設備	79
表 4.4太陽能板量測的數據資料	80
表 4.5有感知的測試結果	87
表 4.6可逃脫的測試結果	88
表 4.7電灼傷的測試結果	88
表 4.8環境溫度0度測試結果	89
表 4.9環境溫度25度測試結果	90
表 4.10環境溫度40度測試結果	91

[1]K.H. Hussein, I. Muta, T. Hoshino and M. Osakada, “Maximum photovoltaic power tracking: an algorithm for rapidly changing atmospheric conditions,” IEE Proceedings-Generation, Transmission and Distribution, Vol. 142, issue 1, Jan 1995, PP. 59-64.
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