專利名稱：智能電容式太陽能電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源，尤其是可以定時巡回檢測多塊光伏電池的電壓和多個電容的電壓，根據(jù)天氣變化(主要是陽光照射變化)，把多塊光伏電池自動進行串、并聯(lián)使光伏電池以最佳狀態(tài)向電容充電。當(dāng)光伏電池周期性不電容充電時(即向負(fù)載供電開使時)。根據(jù)多個電容的電壓數(shù)值及周期性向負(fù)載供電的電流電壓值，自動進行多個電容的串、并聯(lián)使用，自動識別何時啟動備用電容和備用電容的串、并聯(lián)使用。
背景技術(shù)：
能源是人類生存和發(fā)展的永恒主題。
尤其是石油價格飛漲，提倡節(jié)約型社會的今天，人們沒有理由不關(guān)心太陽能的利用。太陽能電池(光伏電池)具有質(zhì)量輕、壽命長、可靠性高、無污染、無噪聲、抗輻射、能承受各種環(huán)境的變化且具有很高的靈敏度，寬的光譜響應(yīng)和良好的線性度?；诖耍柲茈姵貞?yīng)用技術(shù)已被越來越多的人們所接受和認(rèn)可，世界觀察研究所1998年報告指出到本世紀(jì)50年代，光伏發(fā)電將占全球總用電量的20％以上。據(jù)有關(guān)媒體2004年介紹，科技發(fā)展的今天，人類綜合利用太陽能仍不足10％。以耗能大國德國為例，其每年的耗能量僅為年太陽能照射該國的八十分之一，制約人類充分利用太陽能的瓶頸之一是能量的存儲。
一般而言，將太陽能經(jīng)光伏電池轉(zhuǎn)成電能存儲在蓄電池中是常見的轉(zhuǎn)換和存儲方法。但蓄電池壽命較短，充放電約為300-500次，正常必須在2-3年內(nèi)更換。此外，鉛蓄電池需要作電解液的補充和比重測量之類的定期檢查工作。維護麻煩。蓄電池含鉛和鎘之類的重金屬，報廢會帶來二次污染。蓄電池工作溫度范圍較窄，一般為0℃-45℃(最好的零下15度)，這對于系統(tǒng)在寒冷氣候條件是無法工作的。
氣候變化，主要是陽光照射變化，在高緯度地區(qū)，使光伏電池不能獲得穩(wěn)定的光能供應(yīng)，也是影響太陽能利用重要要原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于最大限度克服上述技術(shù)中存在的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理，節(jié)約電能，無污染的太陽能智能電容式升壓光伏電源。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是光伏電池A由V1、V2...Vx-1、Vx若干子光伏電池組成。子光伏電池的兩端分別接有“串、并聯(lián)控制器”，“串、并聯(lián)控制器”的一端通過接口電路接至單片機(或其它微處理機)。子光伏電池的兩端另外接有A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器另一斷接至單片機(或其它微處理機)。
同理，由電容C1、C2、...Cx-1、Cx組成電容群組，電容群的C1、C2、...Cx-1、Cx兩端分別接有另一“串、并聯(lián)控制器”，“串、并聯(lián)控制器”的一端通過接口電路接至單片機(或其它微處理機)。電容群的C1、C2、...Cx-1、Cx兩端分別另接有A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端接至單片機(或其它微處理機)。其中X由負(fù)載決定。
本發(fā)明的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理，節(jié)約電能，無污染，該裝置將太陽能經(jīng)光伏電池轉(zhuǎn)化成電能存儲于法拉級電容中，實現(xiàn)了電能存儲。用最優(yōu)性能價格比實現(xiàn)了電容中能量利用率的提高。采用遮蓋技術(shù)，提高了光伏電池的壽命采用計算機技術(shù)可實現(xiàn)整個系統(tǒng)資源的最優(yōu)配置。該裝置使用壽命長，溫度范圍寬，體積小，重量輕，易維護。


圖1是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)工作原理圖；圖2是本發(fā)明工作原理圖；具體實施方案現(xiàn)代物理認(rèn)為光即有波動性，又有粒子性，90％的太陽能光波以可見光，近紫外線，近紅外線輻射到達地球表面，但由于受1，太陽高度2，大氣質(zhì)量3，大氣透明度4，地理緯度5，日照時間6，海拔高度六個因素影響，太陽能到達人類居住環(huán)境地是十分復(fù)雜的。對于具體的”太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)”而言，其大氣質(zhì)量，大氣透明度，地理緯度，海拔高度可以認(rèn)為是一定的。太陽高度，日照時間是設(shè)計”太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)”最重要的因素。結(jié)合圖1說明”太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)”的工作原理，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用以光生伏打效應(yīng)原理制成太陽能電池將太陽能輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。獨立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)用電負(fù)載的特點，可分為直流系統(tǒng)、交流系統(tǒng)和交直流混合系統(tǒng)等幾種。其主要區(qū)別是系統(tǒng)中是否帶有逆變器。一般來說，獨立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池方陣、防反充二極管、控制器、蓄電池組(超級電容組)、逆變器組成。
(1)電陽能電池方陣太陽能電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，尺寸一般為108mm*108mm，128mm*128mm。
太陽能電池單體的工作電壓約為0.45-0.5，工作電流約為20-25mA，一般不能單獨作為電源使用。將太陽能電池單體進行串并封裝后，就成為太陽能電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦、百余瓦，是可以單獨作為電源使用的最小單元。太陽能電池組件再經(jīng)過串并聯(lián)并裝在支架上，就構(gòu)成了太陽能電池方陣，可以滿足負(fù)載所要求的輸出功率。
2防反充二極管防反充二極管又稱阻塞二極管。其作用是避免由于太陽能電池方陣在陰雨天和夜晚不發(fā)電時，或再現(xiàn)短路故障時，蓄電池組通過太陽能電池方陣放電它串聯(lián)在太陽能電池方陣電路中，起單向?qū)ǖ淖饔谩Ｒ笃淠茈S足夠大的電流，而且夏天正向電壓降要小。反向飽和電流要小。一般可選用合適的整流二極管。
3蓄電池組(超級電容組)其作用是儲存由電池方陣受光照時所發(fā)出的電能并可隨時負(fù)載供電。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)對所用蓄電池組的基本要求如下。
①自放電率低。
②使用壽命長。
③深放電能力強。
④充電效率高。
⑤少維護或免維護。
⑥工作溫度范圍寬。
⑦價格低廉。
(4)控制器控制器是對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)進行控制與管理的設(shè)備，由于控制器可以采用多種技術(shù)方式實行控制，同時實際應(yīng)用對控制器的要求出不盡一致，因而控制器所完成的功能也不一樣對大中型光伏系統(tǒng)來說，控制器應(yīng)肯有如下一些功能。
(5)逆變器將直流電變換成交流電的設(shè)備，由于太陽能電池的蓄電池發(fā)也的是直流電，當(dāng)負(fù)載是交流負(fù)載時，逆變呂是不可缺少的，按運行方式逆變器用于獨立運行的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，為獨立負(fù)載供電。并網(wǎng)逆變器用于獨立運行的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，為獨立負(fù)載供電，并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運行的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，將發(fā)出的電能饋入電網(wǎng)。按輸出波形器又可分為方波變器和正弦波逆變器。方波逆變器、電路簡章，造價低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統(tǒng)，正弦逆變器，成本高，但可以適用于各種負(fù)載。從長運看，晶體管下弦波(或準(zhǔn)正弦波)逆變器成為發(fā)展的主流。
下面結(jié)合圖2對本發(fā)明的工作原理作進一步說明。
假定負(fù)載每天耗用的電能PL，太陽能電池的輸出PS(在晴朗的天氣)以下式表示為PS＝K×PL在以上方程中，校正因子K隨安裝地點或地區(qū)的不同而不同，一般來說其選取范圍為1-4之間假定在晴朗的天氣太陽光直接暴曬太陽能電池的輸出為本100％，在陰影下為30％，在陰天陰影下為20％，在雨天陰影下為10％，則為保證在極端情況下仍能有太陽能電池的輸出PSm＝ωK×PL式中ω為日照修正系數(shù)，一般來說其選取范圍為1-10之間。對于具體的太陽能光伏系統(tǒng)來說，K值是一定的，假如K＝2，則PSm＝(2-20)PL影響太陽能光伏系統(tǒng)造價的兩大因素是太陽能電池和儲電電容組(蓄電池組)價格。
對于日照嚴(yán)重不均勻的地點，例會我國的高緯度地區(qū)，冬季陰天，ω值應(yīng)取最大，而夏季直接暴曬時ω值應(yīng)取最小。如果不考慮儲電電容組(蓄電池組)的備用儲電能力，按冬季陰天設(shè)計選取太陽能光伏電池十分不經(jīng)濟且給夏季帶來極大浪費。
如果儲電電容組(蓄電池組)的輸出電壓是2伏，一般地說太陽能光伏電池可5-6片串聯(lián)得到2.5-3伏的輸出電壓?，F(xiàn)以6片串聯(lián)為例，由圖11-6可知日照充足時太陽能光伏電池可得到3伏的電壓向儲電電容組(蓄電池組)充電，當(dāng)日照不足時太陽能光伏電池的輸出電壓小于2伏時，(如每片太陽能光伏電池的輸出電壓0.3伏)不能向儲電電容組(蓄電池組)充電，如系統(tǒng)沒有備用儲電電容組(蓄電池組)，則系統(tǒng)無法正常工作。
采用計算機對每片太陽能光伏電池的輸出電壓進行智能判斷，當(dāng)日照充足每片太陽能光伏電池都能滿功率或接近滿功率工作時，可將5-6片片串聯(lián)以大電流方式向儲電電容組(蓄電池組)充電，當(dāng)日照不足時，可將大于6片光伏電池串聯(lián)(如每片太陽能光伏電池的輸出電壓為0.3伏時，可將10片片輸出電壓)以小電流方式向儲電電容組(蓄電池組)充電。采用此項技術(shù)再配合備用儲電能力的設(shè)計，可降低”太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)”造價。
同理，儲電電容組(蓄電池組)的電壓低于負(fù)載驅(qū)動電壓，亦可將并聯(lián)切換成串聯(lián)，升高電壓，使系統(tǒng)正常工作。
如果夏季太陽光直接暴曬時，遮蓋全部或部分光伏電池，使其處于休眠狀態(tài)，可以延長光伏電池的壽命。
權(quán)利要求
1.一種用太陽能作能源的電源。其特征在于可以定時巡回檢測多塊光伏電池的電壓和多個電容的電壓，根據(jù)天氣變化(主要是陽光照射變化)與多個電容的電壓數(shù)值，把多塊光伏電池自動進行串、并聯(lián)使光伏電池以最佳狀態(tài)向電容充電。
2.其特征在于當(dāng)光伏電池周期性不電容充電時(即向負(fù)載供電開使時)。根據(jù)多個電容的電壓數(shù)值及周期性向負(fù)載供電的電流電壓值，自動進行多個電容的串、并聯(lián)使用，自動識別何時啟動備用電容和備用電容的串、并聯(lián)使用。
3.當(dāng)強日照時，可自動啟動遮陽機構(gòu)，延長光伏電池的使用壽命。
全文摘要
一種電容智能式太陽能電源。可根據(jù)光的、強弱，自動對光伏電池進行串、并聯(lián)組合，以最佳的方式向電容組或蓄電池組充電?？筛鶕?jù)電容組或蓄電池組電壓的高低，自動對其進行串、并聯(lián)組合，向負(fù)載供電。當(dāng)夏季日照強時，可根據(jù)光的強弱，自動啟動遮陽機構(gòu)，提高光伏電池的壽命。
文檔編號H02J15/00GK1929235SQ200510010319
公開日2007年3月14日 申請日期2005年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月9日
發(fā)明者郝萬福 申請人:郝萬福