一種太陽能野外應急電源的製作方法

2023-05-03 09:41:16

專利名稱：一種太陽能野外應急電源的製作方法
技術領域：
本發明涉及有機柔性太陽能電能轉換技術，更具體地，涉及一種太陽能野外應急 電源。
背景技術：
隨著工業的發展，能源危機和環境汙染已成了人類不容忽視的問題，這也促使各 國政府推動可再生資源的研發和應用，其中，太陽能供電技術在可再生能源行業的地位舉 足輕重。從上世紀開始，相繼誕生了第一代晶體矽太陽能電池和第二代薄膜太陽能電池， 並已經大量投入到實際應用中，然而由於製造工藝複雜，設備昂貴，以及原材料緊張而使得 前兩代太陽能電池的生產成本居高不下，使太陽能電池不能被大眾所接受。第三代柔性有 機太陽能電片與第一代、第二代相比，以有機高分子材料作為原材料，其更加容易在地球上 獲得；生產工藝是以印刷為主，所以產能更高，成本更低，且對環境無任何危害，屬零排放項 目。同時具有重量輕，有柔性，薄卷，可任意裁剪，顏色多樣，透明等優點。電性能上，在黃昏、 早晨甚至陰雨天氣它都可以發電。由於其優越的機械性能，寬工作環境，以及低廉的成本， 使得它註定會逐漸取代前兩代太陽能電池，並使太陽能廣泛走進人們的生活。對於長期從事露營、勘探、登山等野外作業的人們來說，需要一個能夠在野外工作 的，便於攜帶的，滿足通訊和基本工作設備用電的可攜式電源。現有技術中通常將蓄電池用 於野外供電，但是蓄電池重量大不易攜帶，需要定期充電，不適合長期在野外環境下使用。 顯然，太陽能作為一種無處不在的清潔而容易獲得的能源，相比蓄電池更適用於野外環境 下的便攜應急供電，然而，現有的太陽能發電技術主要考慮的仍然是發電站等位置固定的 大規模發電的應用，市場上尚無針對野外環境需求的太陽能應急供電產品。

發明內容
本發明針對現有的野外應急供電設備的不足，以第三代的有機太陽能電池材料為 基礎，提供了一種重量輕、體積小、成本低、無化學汙染、便於攜帶的太陽能野外應急電源。本發明是通過以下技術方案實現的一種太陽能野外應急電源，包括太陽能電池片，太陽能控制器、電源管理接口和 支撐結構，其中，太陽能電池片固定在支撐結構上，其與太陽能控制器線連接，而太陽能控 制器則與電源管理接口連通，電源管理接口具有多個與用電設備連接的輸出埠。其中，太陽能電池片包括一塊或者多塊柔性太陽能電池片，柔性太陽能電池片的材料 為有機太陽能發電材料，而有機太陽能發電材料的基材則為柔軟的光電塑料，以便太陽能 電池片不發電時可以捲起攜帶，發電時加以展開。太陽能控制器，控制太陽能電池片對蓄能設備的充電；支撐結構，可拆卸或可摺疊，用於支撐所述太陽能電池片；
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所述的一種太陽能野外應急電源，還包括蓄能設備，其用於存儲太陽能電池片產 生的電能，蓄能設備可以為電容、蓄電池、鋰電池其中的一種或多種，可以對其進行任意組 合以得到需要的容量和電壓。優選地，所述支撐結構可以包括支撐杆和設置在太陽能電池片邊角的固定孔，支 撐杆與固定孔相互配合；也可以包括旋轉支腳，接點和固定底座，其中，固定底座設置在太 陽能電池片的底部，其與旋轉支腳通過接點連接。優選地，所述太陽能控制器內設置有充電時鎖定太陽能電池片的最大輸出功率、 並根據蓄能設備的電壓值和溫度補償值控制對蓄能設備充電的開關或智能檢測裝置，上述 的智能檢測裝置用於檢測太陽能電池片的最大輸出功率，並可將其轉換成不同電壓值的輸 出埠，可根據電池包的組裝方式合理的選擇充電電壓。優選地，當電池包的電壓接近峰值 的時候，所述太陽能控制器採取脈衝式涓流充電的方式對電池包充電。進一步優選地，當在陰雨天氣或夜晚電池片停止發電時，太陽能控制器通過二極 管可以隔離保護太陽能電池片，避免因太陽能電池片引起的不必要的漏電流。優選地，所述電源管理接口內還設置有調節各輸出埠的輸出電壓或輸出功率的 調節裝置，即電源管理接口的輸出埠可被調節輸出多種電壓值，且可根據用電設備的用 電功率設置各輸出埠的最大輸出功率。本發明的有益效果是本發明，並且本發明採用的柔性太陽能電池片相對於第一， 第二代太陽能產品，具有重量輕、體積小、成本低、無化學汙染、便於攜帶的優點，應用前景 很好。此外，本發明通過採集光能並轉換為電能，在戶外為小功率用電設備提供電能， 解決了野外工作設備的基本用電問題，為戶外工作人員用電提供了方便，太陽能轉換的電 能還可被儲存於蓄能設備中，以便在陰雨天氣或夜晚也能保證野外工作設備的基本工作用 電，另外在電力未普及或需要緊急用電的地方，可用本發明搭建簡易的太陽能發電設備，為 通訊或其他設備提供基本用電，且本發明所述的充電控制功能能夠提高太陽能電池片的充 電效率並管理蓄能設備同太陽能電池片直接的充電方式，而且，利用有機太陽能電池材料 的柔性特質，可將太陽能電池片進行捲曲，節約了體積，具有重量輕、體積小、成本低、無化 學汙染、抗震性能好、便於攜帶的優點；而且在使用時可以將太陽能電池板搭建為有利於發 電的形狀，或者搭建為適於其它用途的外形形狀，例如使太陽能電池片的外形具有遮陽，避 雨的作用，因此特別適合長期從事野外作業的人們。


圖1是本發明一實施例的太陽能野外應急電源的電路結構示意圖；圖2是本發明一實施例的組裝結構示意圖一；圖3是本發明一實施例的組裝結構示意圖二 ；圖4是本發明一實施例的組裝結構示意圖三。圖中主要附圖標記含義為101、太陽能電池片 102、太陽能控制器104、電源管理接口 105a、用電設備一105c、用電設備三 106、圓筒
103、蓄能設備 105b、用電設備 107、支撐杆
108、電源輸出線
具體實施例方式為了使本技術領域的人員更好地理解本發明的技術方案，並使本發明的上述目 的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合實施例及說明書附圖對本發明作進一步詳細 的說明。實施方式一圖1是本發明一實施例的太陽能野外應急電源的電路結構示意圖。如圖1所示， 太陽能野外應急電源包括太陽能電池片101，太陽能控制器102、電源管理接口 104和支撐 結構(圖1中未示出)，其中，太陽能電池片101固定在支撐結構上，其與太陽能控制器102 線連接，而太陽能控制器102則與電源管理接口 104連通，電源管理接口 104具有多個與用 電設備連接的輸出埠。其中，太陽能電池片101包括一塊或者多塊柔性太陽能電池片，柔性太陽能電池 片的材料為有機太陽能發電材料，而有機太陽能發電材料的基材則為柔軟的光電塑料，以 便太陽能電池片不發電時可以捲起，形成輕便的薄卷形狀，便於保存和攜帶，發電時則加以 展開，在白天需要發電時，將太陽能電池片101展開並利用支撐結構固定，太陽能電池片 101利用光電效應將太陽能轉換為電能。在太陽能野外應急電源的設計階段，要根據用戶的 用電設備的日平均用電量以及電能的轉換效率設計太陽能電池片101的輸出功率和最佳 輸出電壓。例如，太陽能電池片101的最佳輸出電壓15. 9V-16. 4V。假如用戶用電設備的日 平均用電量為0. 1千瓦時，日均接受光照時間為5小時，太陽能控制器102和電源管理接口 104的轉換效率都為90%，則太陽能電池片101的輸出功率P設計為0. 1X1000 + 5 + 90% +90%= 24. 7W。此外，太陽能野外應急電源還可以包括蓄能設備103，所述的蓄能設備103與太陽 能控制器102連接，且蓄能設備103可以為電容、蓄電池、鋰電池其中的一種或多種，可以 對其進行任意組合以得到需要的容量和電壓，蓄能設備103用於存儲太陽能電池片101產 生的電能，其容量按如下方法設計例如，在野外工作，用戶的筆記本的用電量佔大多數，筆 記本外接電源電壓一般為18. 5V，綜合考慮太陽能電池片101的輸出電壓，所以電池採用三 顆鋰電池串聯，標稱電壓為10. 8V，容量根據單次一天最大用電量計算，假設單次最大用電 量為0. 1千瓦時，電源管理接口 104的轉換效率為90%，並且蓄能設備103容量利用率為 90%，貝丨J 蓄能設備 103 的容量=0. 1X1000 + 10. 8 + 90% +90%= 11. 43AH。太陽能控制器102，其內設置有充電時鎖定太陽能電池片101的最大輸出功率、並 根據蓄能設備103的電壓值和溫度補償值控制對蓄能設備103充電的開關或智能檢測裝 置，其用於控制太陽能電池片101對蓄能設備103的充電，根據太陽能電池片101的最大輸 出功率，提高對蓄能設備103的充電效率，同時對太陽能電池片101有隔離作用，為了節省 太陽能電池片101成本，應選用高效的太陽能控制器102，同時為了使太陽能電池片101工 作在最大輸出功率下，並能使蓄能設備103的容量達到最佳利用程度，應採用MCT充電模 式，所謂MCT充電方式就是追蹤太陽能電池片101的最大輸出功率，不造成浪費；通過檢測 蓄能設備103的電壓以及計算溫度補償值，當蓄能設備103的電壓接近其峰值的時候，太陽 能控制器102控制將充電方式切換為脈衝式涓流充電，既能讓蓄能設備103充滿，也防止了其過充。電源管理接口 104，由於用戶的用電設備一 105a、用電設備二 105b和用電設備三 105c的工作電壓具有多樣性，因此需要配備電源管理接口 104，該接口具有多種輸出接口， 用於連接不同種類的用電設備，如筆記本，數位相機，手機，照明燈具等，此外，為了適應不 同的用電設備的工作電壓和工作功率，電源管理接口 104內還設置有調節各輸出埠的輸 出電壓或輸出功率的調節裝置，根據用戶的每路用電設備的功率，合理的設計每路輸出端 口的最大輸出功率。為了說明本發明易摺疊、便攜帶、組裝方便外形靈活的特點，參見圖2，圖2為本發 明一實施例的組裝結構示意圖一。圖2中，太陽能電池片101可收卷在圓筒106中，圓筒106中還可組裝蓄能設備 103，太陽能控制器102以及電源管理接口 104，太陽能電池片101的電源輸出線經過太陽 能控制器102軸心，與蓄能設備103中的電路部分連接，而利用太陽能電池片101的柔性特 質，在白天需要發電時，將太陽能電池片101從圓筒106中拉出展開為一薄片，並利用支撐 結構104支撐為預定的外形。在本實施例中，支撐結構104包括旋轉支腳，接點和固定底座，其中，固定底座設 置在太陽能電池片101的底部，其與旋轉支腳通過接點連接，採用可旋轉的支腳結構，不使 用時，其固定在固定底座上，處於收起的狀態，當使用時，可將其旋轉90°，即可用來作為固 定用旋轉支腳，不使用時再旋轉90°收起。圓筒106同太陽能控制器102的軸心為一整體，在不發電時，旋轉圓筒106，可使太 陽能電池片101繞軸心卷進圓筒106內部，方便攜帶。圖3為本發明一實施例的組裝結構示意圖二。由於本實施例的電路原理和電氣連接與上述的實施例基本相同，因此就不再闡 述。如圖3所示可以將多塊大小相同的太陽能電池片101根據用戶的需求串聯連接 起來，使用時，可以將這些太陽能電池片101展開，充分接觸太陽光。如不使用時，可將電池 片摺疊成單元太陽能電池片的大小，放入包中，方便攜帶。圖4為本發明一實施例的組裝結構示意圖三。實施例3的電路原理和電氣連接與實施例1相同，就不再闡述。如圖4所示支撐結構包括支撐杆和設置在太陽能電池片邊角的固定孔，支撐杆 與固定孔相互配合，本實施例為一種簡易的室外能源採集方案，四根支撐杆107插入地面， 太陽能電池片101的四邊角設有四個固定孔，支撐杆107插入對應的固定孔內，通過螺紋夾 住太陽能電池片101，並固定於地面。太陽能電池片101的電源輸出線108，可以接蓄能設 備103或直接給用電設備供電，如不使用時，可以拆下太陽能電池片101捲起，將4根支撐 杆107放在太陽能電池片101的捲軸內放入包中，非常方面攜帶。本發明解決了野外工作設備的基本用電問題，為戶外工作人員用電提供了方便。 另外在電力未普及或需要緊急用電的地方，可搭建這種簡易的太陽能發電設備，為通訊或 其他設備提供基本用電，並且這種柔性太陽能電板相對於第一，第二代太陽能產品，具有重 量輕、體積小、發電效率高、成本低、無化學汙染、便於攜帶的優點，有著很好的應用前景。
權利要求
一種太陽能野外應急電源，其特徵在於，包括太陽能電池片，太陽能控制器、電源管理接口和支撐結構，其中，太陽能電池片固定在支撐結構上，其與太陽能控制器線連接，而太陽能控制器則與電源管理接口連通，電源管理接口具有多個與用電設備連接的輸出埠。
2.根據權利要求1所述的一種太陽能野外應急電源，其特徵在於，還包括蓄能設備，所 述的蓄能設備與太陽能控制器連接。
3.根據權利要求2所述的一種太陽能野外應急電源，其特徵在於，所述的蓄能設備為 電容、蓄電池、鋰電池其中的一種或多種。
4.根據權利要求1所述的一種太陽能野外應急電源，其特徵在於，所述支撐結構包括 支撐杆和設置在太陽能電池片邊角的固定孔，支撐杆與固定孔相互配合。
5.根據權利要求1所述的一種太陽能野外應急電源，其特徵在於，所述的支撐結構包 括旋轉支腳，接點和固定底座，其中，固定底座設置在太陽能電池片的底部，其與旋轉支腳 通過接點連接。
6.根據權利要求1所述的一種太陽能野外應急電源，其特徵在於，所述太陽能控制器 內設置有充電時鎖定太陽能電池片的最大輸出功率、並根據蓄能設備的電壓值和溫度補償 值控制對蓄能設備充電的開關或智能檢測裝置。
7.根據權利要求1所述的一種太陽能野外應急電源，其特徵在於，所述電源管理接口 內還設置有調節各輸出埠的輸出電壓或輸出功率的調節裝置。
8.根據權利要求1所述的一種太陽能野外應急電源，其特徵在於，所述的太陽能電池 片包括一塊或者多塊柔性太陽能電池片。
9.根據權利要求8所述的一種太陽能野外應急電源，其特徵在於，所述的柔性太陽能 電池片的材料為有機太陽能發電材料。
10.根據權利要求9所述的一種太陽能野外應急電源，其特徵在於，所述的有機太陽能 發電材料的基材為柔軟的光電塑料。
全文摘要
本發明公開了一種太陽能野外應急電源，包括太陽能電池片，太陽能控制器、電源管理接口和支撐結構，其中，太陽能電池片固定在支撐結構上，其與太陽能控制器線連接，而太陽能控制器則與電源管理接口連通，電源管理接口具有多個與用電設備連接的輸出埠。本發明通過採集光能並轉換為電能，在戶外為小功率用電設備提供電能，太陽能轉換的電能也可儲存於蓄能設備中，在陰雨天氣或夜晚也能保證野外工作設備的基本用電；本發明具有充電控制功能，能夠提高太陽能電池片的充電效率並保護蓄能設備；利用有機太陽能電池材料的柔性特質，可將太陽能電池片進行捲曲摺疊，節約體積，重量輕，防震性能好，便於攜帶，特別適合長期從事野外作業的人們。
文檔編號H02J15/00GK101964605SQ20101024594
公開日2011年2月2日 申請日期2010年8月5日 優先權日2010年8月5日
發明者桂裕鵬 申請人:蘇州柔印光電科技有限公司