高效太陽能模塊的製作方法

2023-10-08 06:22:09

專利名稱：高效太陽能模塊的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種太陽能模塊，特別是能增益太陽能光電轉換效率，提高太陽能裝置吸能效果的高效太陽能模塊。
背景技術：
現有技術中一般已知的低功率太陽能產品是由充電部份與放電部份所組成，通過太陽能電池將電能儲存至電池而構成充電部份，再經電池放電至負載，如日常生活中的太陽能庭園燈、太陽能指示牌、太陽能交通及施工裝置、太陽能充電器或太陽能手電筒、太陽能收音機、太陽能玩具等，以減少乾電池的使用量。然而，太陽能能源系統在應用上存在兩大問題太陽能為不穩定的能源。太陽能電池所產生的光電轉換會隨天氣變化、太陽入射角度、日光陰影與日光強度而產生變化，造成充電電壓(電流)下震蕩。清晨與黃昏之際因入射光線不足，太陽能電池所產上生的電壓(電流)微弱，無法充電至電池(電池內阻過大)，虛耗光電轉換能源。一天將近12小時的白天，僅約3. 5小時的日照可利用，其能量損失甚巨。針對前述問題，如美國專利USP 4，634，953與USP 5，782，552。揭露了使用大容量電容器作為太陽能系統中充電電池的取代物，意圖解決電池壽命、維護替換等問題的技術手段，此大容量電容為能量釋放型的高功率超高容量電容器，具有法拉級的電容量。其等效串聯電阻(ESR)雖低於電池，但仍然有數歐姆至數十歐姆，對於太陽能能源的吸能困窘，無太大幫助。能量釋放型高功率超高容量電容器的電容量如太小，則等效串聯電阻太大，能量都在轉換之間以熱能消耗；但電容量太大，則又許多能量存於高功率超高容量電容器內，以自我放電逸失無法利用。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是克服上述現有技術中所存在的缺陷，即解決日照因地形、氣候、陰影與環境變化，致使太陽能不穩定能源輸入以及小電能無法儲存轉為電能的問題，而提供一種高效的太陽能模塊。本實用新型技術方案包括一組太陽能電池，該太陽能電池是光能與電能轉換組件；一個高功率超高容量電容器，該電容器並接在太陽能電池兩端，收集太陽能電池所轉換的電能，並於太陽能電池轉換效能低或無法轉換時，將儲存的電能釋放至儲能裝置； 一個升壓電路，該升壓電路與控制電路並接，其一端與太陽能電池和高功率超高容量電容器的一公共端相連接，另一端與儲能裝置的一端相連接，提升電容器電壓以對儲能裝置充電； 一個控制電路，該控制電路與升壓電路並接，其一端與太陽能電池和高功率超高容量電容器的一公共端相連接，另一端與儲能裝置的一端相連接，控制太陽能電池在強日照下將電能存入儲能裝置；一個儲能裝置，該儲能裝置一端與控制電路和升壓電路的公共端相連接，另一端與太陽能電池和高功率超高容量電容器的另一公共端相連接，用以儲存電能及供應給負載運作的主要電源。本實用新型由於採用了上述結構方案，在日照充足時，太陽能電池穩定而充裕的同時對高功率超高容量電容器、儲能裝置充電及提供負載所需的電能；當日照不足，太陽能電池所產生電能經很低內阻的高功率超高容量電容器經升壓電路儲能至儲能裝置，使傳統太陽能電路模塊視為無法利用的小電能經此存入，提高了太陽能模塊效率。另外不論光照的強弱，太陽能電池所產生的電能都儲入低內阻高功率的高功率超高容量電容器，待高功率超高容量電容器充飽後再經升壓電路充電至儲能裝置。如此可克服太陽光因地形、氣候、陰影、環境變化而造成不穩定輸入、輸入電壓震蕩、充電效率低等負面因素。綜上所述，本實用新型解決日照因地形、氣候、陰影與環境變化，致使太陽能不穩定能源輸入與小電能無法儲存轉為電能的問題，提升太陽能的光電轉換效率，提高太陽能裝置吸能效果，使應用範疇更為廣泛、穩定，有助於推廣無公害汙染且乾淨的能源應用於日常生活。本實用新型尤其適合天氣不好、多雲、氣候變化大、日照時間低與高緯度地區，更能充分發揮出功效。

圖1是為本實用新型的電路方框示意圖；圖2是為本實用新型的基本電路圖。圖中各序號分別表示為
20 一光電轉換裝置；21 一太陽能電池；22 —高功率超高容量電容器；23—控制電路；24 一升壓電路■』25 一儲能裝置；26 一負載。
具體實施方式
以下結合實施例以及附圖對本實用新型作進一步的描述。請同時參閱圖1及圖2，本實用新型光電轉換裝置20包括。一組太陽能電池21，該太陽能電池是光能與電能轉換組件。一個高功率超高容量電容器22，該電容器22並接在太陽能電池21兩端，收集太陽能電池21所轉換的電能，並於太陽能電池21轉換效能低或無法轉換時，將儲存的電能釋放至儲能裝置25。本實用新型所述的高功率超高容量電容器22，是具有高能量與高功率密度的金電容或大電容量的鋁電解電容器，或是具有低內阻、高功率密度的瞬間高功率釋放型的電容器。如陶瓷電容、電解電容、鉭電容等，其電容量高於一般電容器數千至數萬倍，依用途可區分瞬間功率型與能量釋放型高功率超高容量電容器，能量釋放型可擁有數千法拉高電容可作為電池用途，而瞬間功率型高功率超高容量電容器的電容量在毫法拉(HiF)與數法拉之間，具瞬間電流大輸出輸出特性，尤其對太陽能系統更具有小電流輸入累積效果。於本實用新型較佳實施例中，該高功率高功率超高容量電容器22是用來作用無法輸入儲能裝置25 的電流電能。一個控制電路23，該控制電路23與升壓電路M並接，其一端與太陽能電池21和高功率超高容量電容器22的一公共端相連接，另一端與儲能裝置25的一端相連接，控制太陽能電池21在強日照下將電能存入儲能裝置25。本實用新型並無限定控制電路23的形式，其中包括定電流的充電控制、高效率充電控制或具最大功率點追蹤系統的充電控制器， 可視成品價位與需求設計決定，本實用新型為求簡易說明，是以一二極體作定電流的簡單控制(如圖2所示)。一個升壓電路M，該升壓電路M與控制電路23並接，其一端與太陽能電池21和高功率超高容量電容器22的一公共端相連接，另一端與儲能裝置25的一端相連接，用以提升高功率超高容量電容器22電壓。該升壓電路M是為一種低功率脈衝式升壓電路，增進充電效率。該升壓電路M可以是變壓器、電荷泵等皆具脈衝式升壓作用升壓電路。對於中高功率的太陽能系統也可使用回饋式、馳返式升壓電路。一個儲能裝置25，該儲能裝置25 —端與控制電路23和升壓電路M的公共端相連接，另一端與太陽能電池21和高功率超高容量電容器22的另一公共端相連接，用以儲存電能及供應給負載26運作的主要電源。該儲能裝置25包括至少一個可重複充電式充電電池，可依負載、尺寸與成本要求，決定充電電池種類與電池大小與數量。一般可充式電池包括鎳鎘、鎳氫、鋰離子、鋰高分子、鉛酸等，這些電池種類對太陽能中低功率系統而言，鎳鎘存在有汙染問題，鋰電池較為昂貴，鉛酸電池體積龐大且笨重，而以鎳氫較合適。因此就商品市場而言，太陽能庭園燈常以3顆1. 2V的鎳氫串聯，而太陽能交通貓眼則是1顆1. 2V的鎳氫電池供電。一負載沈，是由儲能裝置25供應電能運作，較常應用的商品為太陽能發光二極體燈，包含了庭園燈、指示燈、警示燈、號誌燈、貓眼等，都是供應發光二極體照明或指示為主。 以發光色彩來說，黃光、紅光發光二極體的驅動電壓為2 3V，而藍光與白光發光二極體則為3 4V，所銜接的發光二極體數量愈多，所需電流愈多，相對的能量損耗愈快。除了前述以發光二極體為負載外，本實用新型的光電轉換裝置20亦可用於太陽能充電器、太陽能玩具、太陽能手電筒、太陽能收音機、太陽能影音(⑶，V⑶，DVD)、太陽能手工具或中小功率需求的太陽能產品。以下簡述本實用新型工作原理及運作模式本實用新型一種工作原理及運作模式是太陽能電池21是光能與電能轉換的組件，依儲能裝置25與負載沈的需求串並太陽能電池21所需的面積及電壓。太陽能電池21 亦可偵測環境的亮度，進而判斷強日照或中低日照，當日照充足，太陽能電池21穩定而充裕的提供儲能裝置25能量。當日照不足，太陽能電池21所產生電能經很低內阻的高功率超高容量電容器22經升壓電路M儲能至儲能裝置25，這些原本消失的小電能經此存入儲能裝置25，提高了光電轉換裝置20效率。甚至在承接的負載沈如太陽能庭園燈或太陽能警示與交通號誌，也可利用太陽能電池21偵測黑夜來臨，使系統進入放電狀態點亮發光二極體或燈炮等負載。另外，環境亮度的偵測，亦可利用光敏裝置執行。本實用新型另一種工作原理及運作模式是太陽能電池21於太陽光照射產生電能後，充電至高功率超高容量電容器22，此時不論光照強弱所產生的各種強度的電流均因高功率超高容量電容器22的低內阻而加以收集，待高功率超高容量電容器22充飽後再經充電控制電路23、升壓電路M充電至儲能裝置25。而對於儲能裝置25而言，此時充電是一種脈衝式充電，不僅完全不受不穩定的太陽能變化，更因脈衝式充電而提升充電效率，使太陽能系統吸收光能效率大為提高。同樣的，該儲能裝置25亦針對不同太陽能產品而放電於不同的負載26。 綜上所述，本實用新型解決日照因地形、氣候、陰影與環境變化，致使太陽能不穩定能源輸入與小電能無法儲存轉為電能的問題，提升太陽能的光電轉換效率，提高太陽能裝置吸能效果，使應用範疇更為廣泛、穩定，有助於推廣無公害汙染且乾淨的能源應用於日常生活。
權利要求1.一種高效太陽能模塊，包括一組太陽能電池，該太陽能電池是光能與電能轉換組件；一個高功率超高容量電容器，該電容器並接在太陽能電池兩端，收集太陽能電池所轉換的電能，並於太陽能電池轉換效能低或無法轉換時，將儲存的電能釋放至儲能裝置；一個升壓電路，該升壓電路與控制電路並接，其一端與太陽能電池和高功率超高容量電容器的一公共端相連接，另一端與儲能裝置的一端相連接，提升電容器電壓以對儲能裝置充電；一個控制電路，該控制電路與升壓電路並接，其一端與太陽能電池和高功率超高容量電容器的一公共端相連接，另一端與儲能裝置的一端相連接，控制太陽能電池在強日照下將電能存入儲能裝置；一個儲能裝置，該儲能裝置一端與控制電路和升壓電路的公共端相連接，另一端與太陽能電池和高功率超高容量電容器的另一公共端相連接，用以儲存電能及供應給負載運作的主要電源。
2.根據權利要求1所述的高效太陽能模塊，其特徵在於其中該控制電路包括定電流的充電控制、高效率充電控制或具最大功率點追蹤系統的充電控制器。
3.根據權利要求1所述的高效太陽能模塊，其特徵在於其中該高功率超高容量電容器是具有高能量與高功率密度的金電容或大電容量的鋁電解電容器。
4.根據權利要求1所述的高效太陽能模塊，其特徵在於其中該高功率超高容量電容器為具有低內阻、高功率密度的瞬間高功率釋放型的電容器。
5.根據權利要求1所述的高效太陽能模塊，其特徵在於其中該升壓電路是低功率脈衝式升壓電路。
6.根據權利要求5所述的高效太陽能模塊，其特徵在於其中該升壓電路是變壓器。
7.根據權利要求5所述的高效太陽能模塊，其特徵在於其中該升壓電路是電荷泵升壓電路。
8.根據權利要求5所述的高效太陽能模塊，其特徵在於其中該升壓電路是回饋式或馳返式升壓電路。
9.根據權利要求1所述的高效太陽能模塊，其特徵在於其中該儲能裝置是包括至少一個可重複充電式充電電池。
10.根據權利要求9所述的高效太陽能模塊，其特徵在於其中該儲能裝置是鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鋰高分子電池或鉛酸電池。
專利摘要一種高效太陽能模塊，包括一太陽能電池；一高功率超高容量電容器並接在太陽能電池兩端；一升壓電路與控制電路並接後其一端與太陽能電池和電容器的一公共端相連接，另一端與儲能裝置的一端相連接；一控制電路與升壓電路並接後其一端與太陽能電池和電容器的一公共端相連接，另一端與儲能裝置的一端相連接；一儲能裝置的一端與控制電路和升壓電路的公共端相連接，另一端與太陽能電池和電容器的另一公共端相連接。本實用新型解決日照因環境變化，致使太陽能不穩定輸入與小電能無法儲存轉為電能的問題，提升了太陽能光電轉換效率，使應用範疇更為廣泛、穩定，有助於推廣無公害汙染且乾淨的能源應用於日常生活。
文檔編號H02N6/00GK202172286SQ201120256319
公開日2012年3月21日 申請日期2011年7月20日 優先權日2011年7月20日
發明者易潤忠, 田廣東, 羅俊海, 蔡陽波, 覃章健, 陳勇, 陳彪 申請人:南京龍淵微電子科技有限公司