摘 要
　　本論文利用現場可規劃邏輯閘陣列FPGA(Field Programmable Gate Array)作為控制器，設計一單級式單相光伏能量轉換系統，將太陽能光電板所獲得的直流電壓，經全橋式轉換器，轉換成交流電源。藉由單級式的架構，提高轉換效率，並利用FPGA完成最大功率追蹤控制策略，使最大功率追蹤之過程更為快速且平順。轉換器具有獨立運轉與市電併聯模式，獨立運轉模式採用電壓控制，使輸出電壓為一110V/60Hz之正弦波。併聯市電模式除供應負載所需之能量外，並將多餘之能量，以單位功因、低諧波失真的弦波電流回送回市電。最後，實作1KW光伏能量轉換系統以驗證本論文之理論及設計的正確性。

　　The design and implementation of a FPGA-based Single-stage photovoltaic（PV）energy conversion system is proposed in this thesis. The full-bridge inverter converts DC power generated by photovoltaic cells into AC power. The proposed PV energy conversion system is constructed by single stage to increase the efficiency of the system. Using FPGA as controller, the proposed maximum power point tracking strategy allows PV energy conversion system to track the maximum power point rapidly and smoothly. The system can support loads with real power and feed excess power to the utility with low harmonic distortion and unity power factor sinusoidal waveform by current mode control, or can support loads exclusively with 110V/60Hz sinusoidal voltage by voltage mode control. Then, we employ a FPGA Spartan-II-XC2S200 to realize the system controller. Finally, experimental results are performed to verify the theoretical discussion and design procedure of such a digital controllerd PV energy conversion system.

[1] 蔡宇泰譯，“太陽能”， 光訊， No.49，pp.16-18，1994。
[2] 工業技術研究院，“太陽光電能技術研討會”，1997年4月，pp. 15-20。
[3] S. Nonaka, K. Kesamaru, K. Yamasaki, and M. Nishi, “Interconnection System with Single Phase IGBT PWM CSI Between Photovoltaic Arrays and the Utility Line”, IEEE IAS, pp.1302-1307,1990.
[4] U. Herrmann and H. G. Langer, “Low Cost DC to AC Converter for Photovoltic Power Conversion in Residential Applications”, IEEE PESC, pp.588-594,1993.
[5] S. Nonaka and Y. Neba, “Single Phase PWM Current Source Converter with Double-Frequency Parallel Resonance Circuit for DC Smoothing”, IEEE IAS, pp.1144-1151, 1993.
[6] S. Nonaka, “A Utility-Connected Residential PV System Aapted a Novel Single-Phase Composit PWM Voltage Source Inverter”, IEEE PVSC, pp.1064-1068, 1994.
[7] S. Nonaka and Y. Neba, “Single Phase Composit PWM Voltage Source Converter”, IEEE IAS, pp.761-767, 1994.
[8] H. Shinohara, K. Kimto, T. Itami, T. Ambou, C. Okado, K. Nakajima, S. Hojo, K. Owda, M. Kuniyoshi, and Y. Sato, “Development of a Residential Use, Utility Interactive PV Inverter with Isolation Transformer-less Circuit—Development Aspects”, IEEE First WCPEC, pp.1216-1218, 1994.
[9] M. Yamaguchi, K. Kawarabayashi, and T. Takuma, “Development of a New Utility-Connected Photovoltaic Inverter LINE BACK”, IEEE INTELEC, pp.676-682, 1994.
[10] 曾煥堂，“太陽電池之原理與構造”，電子技術，No.29, pp.52-57， 1988.
[11] 楊文正， “結晶矽太陽電池之介紹” ，電子技術，No.29，pp.74-80，1988.
[12] T. Markvart , “Solar Electricity”, John Wiley & Sons. Inc, 1994.
[13] 郭永超， “單級式光伏能量轉換系統之設計與研製”，國立成功大學電機工程研究 所博士論文，中華民國90年。
[14] 黃國建， “追蹤式光伏能量轉換系統之研究”，國立成功大學電機工程研究所碩士論文，中華民國86年。
[15] 糜自強， “數位化光伏能量轉換系統之研究”，國立成功大學電機工程研究所碩士論文，中華民國89年。
[16] 陳榮泰， “單相三線式數位化光伏能量轉換系統”，國立成功大學電機工程研究所碩士論文，中華民國90年。
[17] 王文哲， “單級式三相化光伏能量轉換系統”，國立成功大學電機工程研究所碩士論文，中華民國92年。
[18] M. A. EL-Shibinu and H. H. Rakha , “Maximum Power Point Tracking Technique”, Electrotechnical Conference, 1989, pp. 21-24.
[19] C. C. Hua, J. R. Lin, and C. M. Shen , “Implementation of a DSP-Controlled Photovoltaic System with Peak Power Tracking”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 45, no. 1, 1998, pp. 99-107.
[20] M. Yamaguchi, K. Kawarabayashi, and T. Takuma, “Development of a New Utility-Connected Photovoltaic Inverter LINE BACK”, IEEE INTELEC, pp. 676-682, 1994.
[21] 李勝泰，“太陽光發電系統之最大輸出功率控制”，國立清華大學電機工程研究所碩士論文，中華民國86年。
[22] Y. C. Kuo, T. J. Liang, and J. F. Chen , “Novel maximum power point tracking controller for photovoltaic energy conversion system”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.48, No.3, pp. 594-601, 2001.
[23] N. Mohan, T. M. Undeland, and W. P. Roobins , “Power Electronic, Converters, Applications, and Design”, John Wiley & Sons Co., 1989 .
[24] 陳婉珮， “單晶片為控制器應用於脈波調變換流器之研究”，國立成功大學電機工程研究所碩士論文，中華民國85年。
[25] 古正杰，“不斷電系統數位控制器之研製”，國立成功大學電機工程研究所碩士論文，中華民國85年。
[26] 朱慶隆，“變流器並聯運轉與其在UPS燒機測試系統之應用”，國立成功大學電機工程研究所博士論文，中華民國84年。
[27] G. F. Franklin, J. D. Powell and M. Workman, “Digital Control of Dynamic System”, Addison-Wesley Co., 1998.
[28] 何濂洵，“以數位訊號處理器為基礎之全數位式ＵＰＳ之研製”，國立交通大學控制工程研究所碩士論文，中華民國82年。
[29] P. Katz, “Digital Control Using Microprocessors”, Prentice-Hall Co., 1981.
[30] B. C. Kuo, “Digital Control Systems”, A Harcourt Brace Jovanovich College Publisher, 1992.
[31] 洪紹恩， “輔以FPGA設計之三相主動電力濾波器之研製”，國立成功大學電機工程研究所碩士論文，中華民國90年。
[32] Xilinx, Spartan-II 2.5V FPGA Family Complete Data Sheet, Xilinx Inc., 2003.
[33] “TMS320F/C240 DSP controllers reference guide”, Texas Instrument, 1999.
[34] S. Franco, “Design with operational amplifiers and analog integrated circuits”, McGRAW-HILL Co., 1997.
[35] 唐佩忠，“VHDL與數位邏輯設計”，高立，1999。
[36] 盧毅、賴杰，“VHDL與數位電路設計”，文魁，2000。
[37] 鐘文政，“數位訊號處理器DSP TMS320C25原理與實習應用”，長高，1995。
[38] 劉智仁，“數位式太陽光電能供電系統之研製”，國立中正大學電機工程研究所碩士論文，中華民國88年。
[39] 朱志鵬，“柔性切換太陽光發電系統之研製”，國立清華大學電機工程研究所碩士論文，中華民國88年。