專利名稱：高增益高容量光電轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
高增益高容量光電轉(zhuǎn)換裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽能模塊，特別是能增益太陽能光電轉(zhuǎn)換 效率，提高太陽能裝置吸能效果的高增益高容量光電轉(zhuǎn)換裝置。背景技術(shù)：
礦物能源(如煤、石油或鈾等)具有地域性、礦存量及污染性，并 且為億萬年的累積，需投入大量人力物力開采， 一經(jīng)污染極可能造成 無法弭補(bǔ)的生態(tài)浩劫，因此無污染的替代能源研究，各國均積極展開， 其中取之不盡用之不竭且無污染問題，即為太陽能的研究。
太陽能為干凈無污染的能源，具有無枯竭危險、無公害、不受資 源分布地域的限制、能源質(zhì)量高、適合攜帶式能源及獲取能源花費(fèi)時
間短等優(yōu)勢。由于半導(dǎo)體與發(fā)光二極管(LED)技術(shù)的日益成熟，太
陽能應(yīng)用更是如虎添翼，廣泛應(yīng)用于低功率電子產(chǎn)品與太陽能發(fā)電。 一般己知的低功率太陽能產(chǎn)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(gòu)成充電部份，再經(jīng)電池放電至 負(fù)載，此負(fù)載載日常生活中如太陽能庭園燈、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(jī)、太 陽能玩具等，以減少干電池的使用量。
舉例來說，太陽能電池應(yīng)用于發(fā)光二極管負(fù)載線路(如圖1所示),
主要由太陽能電池10、充電控制器11、充電電池12及負(fù)載13 (燈泡 或發(fā)光二極管)組成。太陽能電池10經(jīng)光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電能，由充電控 制器11控制機(jī)制將電能儲存于充電電池12。另一方面太陽能電池10
是偵測周遭環(huán)境的光度變化，于昏暗無法產(chǎn)生足夠的電能時將轉(zhuǎn)由充 電電池為放電機(jī)制，供應(yīng)負(fù)載13的能源。
然而，太陽能能源系統(tǒng)在應(yīng)用上存在兩大問題
太陽能為不穩(wěn)定的能源。太陽能電池所產(chǎn)生的光電轉(zhuǎn)換會隨天氣 變化、太陽入射角度、日光陰影與日光強(qiáng)度而產(chǎn)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(chǎn)上生的電壓(電 流)微弱，無法充電至電池(電池內(nèi)阻過大)，虛耗光電轉(zhuǎn)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(tǒng)中充電電池的取代物，意圖解決 電池壽命、維護(hù)替換等問題的技術(shù)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(lián)電阻
(ESR)雖低于電池，但仍然有數(shù)歐姆至數(shù)十歐姆，對于太陽能能源的 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(lián)電阻太大，能量都在轉(zhuǎn)換之間以熱能消耗；但電 容量太大，則又許多能量存于高功率超高容量電容器內(nèi)，以自我放電 逸失無法利用。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的 缺陷，即解決日照因地形、氣候、陰影與環(huán)境變化，致使太陽能不穩(wěn) 定能源輸入以及小電能無法儲存轉(zhuǎn)為電能的問題，而提供高增益高容 量光電轉(zhuǎn)換裝置。
本實(shí)用新型技術(shù)方案包括
一組太陽能電池，該太陽能電池是光能與電能轉(zhuǎn)換組件； 一個高功率超高容量電容器，該電容器并接在太陽能電池兩端，
收集太陽能電池所轉(zhuǎn)換的電能，并于太陽能電池轉(zhuǎn)換效能低或無法轉(zhuǎn)
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并接，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并接，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(qiáng)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(yīng)給負(fù)載運(yùn)作的主要電源。
本實(shí)用新型由于采用了上述結(jié)構(gòu)方案，在日照充足時，太陽能電 池穩(wěn)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(fù)載所需的電能；當(dāng)日照不足，太陽能電池所產(chǎn)生電能經(jīng)很低內(nèi)阻的 高功率超高容量電容器經(jīng)升壓電路儲能至儲能裝置，使傳統(tǒng)太陽能電 路模塊視為無法利用的小電能經(jīng)此存入，提高了太陽能模塊效率。
另外不論光照的強(qiáng)弱，太陽能電池所產(chǎn)生的電能都儲入低內(nèi)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后再經(jīng) 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(huán)境變化而造成不穩(wěn)定輸入、輸入電壓震蕩、充電效率低等負(fù)面因素。
綜上所述，本實(shí)用新型解決日照因地形、氣候、陰影與環(huán)境變化， 致使太陽能不穩(wěn)定能源輸入與小電能無法儲存轉(zhuǎn)為電能的問題，提升12 —充電電池
21 —太陽能電池 24—升壓電路
太陽能的光電轉(zhuǎn)換效率，提高太陽能裝置吸能效果，使應(yīng)用范疇更為 廣泛、穩(wěn)定，有助于推廣無公害污染且干凈的能源應(yīng)用于日常生活。 本實(shí)用新型尤其適合天氣不好、多云、氣候變化大、日照時間低與高 緯度地區(qū)，更能充分發(fā)揮出功效。

圖1是為己知太陽能模塊光電轉(zhuǎn)換裝置的電路方框示意圖； 圖2是為本實(shí)用新型的電路方框示意圖； 圖3是為圖2的基本線路圖。 圖中各序號分別表示為 IO —太陽能電池 13 —負(fù)載
22 —高功率超高容量電容器 25—儲能裝置具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例以及附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。 請同時參閱圖2及圖3，本實(shí)用新型光電轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換組件。 一個高功率超高容量電容器22，該電容器22并接在太陽能電池 21兩端，收集太陽能電池21所轉(zhuǎn)換的電能，并于太陽能電池21轉(zhuǎn)換 效能低或無法轉(zhuǎn)換時，將儲存的電能釋放至儲能裝置25。
本實(shí)用新型所述的高功率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(nèi) 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，其電容量高于一般電容器數(shù)千至數(shù)萬倍，依用途可區(qū)
ll一充電控制器 20 —光電轉(zhuǎn)換裝置 23—控制電路 26 —負(fù)載
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(shù)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(mF)與數(shù)法拉之間，具瞬間電流大輸出輸出特 性，尤其對太陽能系統(tǒng)更具有小電流輸入累積效果。于本實(shí)用新型較 佳實(shí)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24并接，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(qiáng)日照下將電 能存入儲能裝置25。本實(shí)用新型并無限定控制電路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(diǎn)追蹤系統(tǒng)的充 電控制器，可視成品價位與需求設(shè)計(jì)決定，本實(shí)用新型為求簡易說明， 是以一二極管作定電流的簡單控制(如圖3所示)。
一個升壓電路24，該升壓電路24與控制電路23并接，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24是為一種低功率脈充式升壓電路，增進(jìn)充電效率。 該升壓電路24可以是變壓器、電荷泵等皆具脈充式升壓作用升壓電路。 對于中高功率的太陽能系統(tǒng)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 24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(yīng)給負(fù)載26運(yùn)作的主要電 源。該儲能裝置25包括至少一個可重復(fù)充電式充電電池，可依負(fù)載、 尺寸與成本要求，決定充電電池種類與電池大小與數(shù)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(tǒng)而言，鎳鎘存在有污染問題，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(lián)，而太陽能交通貓眼則是1顆 1.2V的鎳氫電池供電。
一負(fù)載26，是由儲能裝置25供應(yīng)電能運(yùn)作，較常應(yīng)用的商品為太 陽能發(fā)光二極管燈，包含了庭園燈、指示燈、警示燈、號志燈、貓眼 等，都是供應(yīng)發(fā)光二極管照明或指示為主。以發(fā)光色彩來說，黃光、 紅光發(fā)光二極管的驅(qū)動電壓為2 3V，而藍(lán)光與白光發(fā)光二極管則為 3 4V，所銜接的發(fā)光二極管數(shù)量愈多，所需電流愈多，相對的能量損 耗愈快。除了前述以發(fā)光二極管為負(fù)載外，本實(shí)用新型的光電轉(zhuǎn)換裝 置20亦可用于太陽能充電器、太陽能玩具、太陽能手電筒、太陽能收 音機(jī)、太陽能影音(CD，VCD,DVD)、太陽能手工具或中小功率需求的 太陽能產(chǎn)品。
以下簡述本實(shí)用新型工作原理及運(yùn)作模式
本實(shí)用新型一種工作原理及運(yùn)作模式是太陽能電池21是光能與 電能轉(zhuǎn)換的組件，依儲能裝置25與負(fù)載26的需求串并太陽能電池21 所需的面積及電壓。太陽能電池21亦可偵測環(huán)境的亮度，進(jìn)而判斷強(qiáng) 日照或中低日照，當(dāng)日照充足，太陽能電池21穩(wěn)定而充裕的提供儲能 裝置25能量。當(dāng)日照不足，太陽能電池21所產(chǎn)生電能經(jīng)很低內(nèi)阻的 高功率超高容量電容器22經(jīng)升壓電路24儲能至儲能裝置25，這些原 本消失的小電能經(jīng)此存入儲能裝置25，提高了光電轉(zhuǎn)換裝置20效率。 甚至在承接的負(fù)載26如太陽能庭園燈或太陽能警示與交通號志，也可 利用太陽能電池21偵測黑夜來臨，使系統(tǒng)進(jìn)入放電狀態(tài)點(diǎn)亮發(fā)光二極
管或燈炮等負(fù)載。另外，環(huán)境亮度的偵測，亦可利用光敏裝置執(zhí)行。
本實(shí)用新型另一種工作原理及運(yùn)作模式是太陽能電池21于太陽 光照射產(chǎn)生電能后，充電至高功率超高容量電容器22，此時不論光照
強(qiáng)弱所產(chǎn)生的各種強(qiáng)度的電流均因高功率超高容量電容器22的低內(nèi)阻 而加以收集，待高功率超高容量電容器22充飽后再經(jīng)充電控制電路 23、升壓電路24充電至儲能裝置25。而對于儲能裝置25而言，此時 充電是一種脈充式充電，不僅完全不受不穩(wěn)定的太陽能變化，更因脈 充式充電而提升充電效率，使太陽能系統(tǒng)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(chǎn)品而放電于不同的負(fù)載26。 綜上所述，本實(shí)用新型解決日照因地形、氣候、陰影與環(huán)境變化， 致使太陽能不穩(wěn)定能源輸入與小電能無法儲存轉(zhuǎn)為電能的問題，提升 太陽能的光電轉(zhuǎn)換效率，提高太陽能裝置吸能效果，使應(yīng)用范疇更為 廣泛、穩(wěn)定，有助于推廣無公害污染且干凈的能源應(yīng)用于日常生活。
權(quán)利要求1、一種高增益高容量光電轉(zhuǎn)換裝置，包括一組太陽能電池，該太陽能電池是光能與電能轉(zhuǎn)換組件；一個高功率超高容量電容器，該電容器并接在太陽能電池兩端，收集太陽能電池所轉(zhuǎn)換的電能，并于太陽能電池轉(zhuǎn)換效能低或無法轉(zhuǎn)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并接，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并接，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(qiáng)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(yīng)給負(fù)載運(yùn)作的主要電源。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高增益高容量光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征 在于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(diǎn)追蹤系統(tǒng)的充電控制器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高增益高容量光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征 在于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(jù)權(quán)利要求1所述的高增益高容量光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征 在于其中該高功率超高容量電容器為具有低內(nèi)阻、高功率密度的瞬間高功率釋放型的電容器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高增益高容量光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于其中該升壓電路是低功率脈充式升壓電路。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高增益高容量光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征 在于其中該升壓電路是變壓器。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高增益高容量光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征 在于其中該升壓電路是電荷泵升壓電路。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高增益高容量光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于其中該升壓電路是回饋式或馳返式升壓電路。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高增益高容量光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征 在于其中該儲能裝置是包括至少一個可重復(fù)充電式充電電池。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的高增益高容量光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征 在于其中該儲能裝置是鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鋰高分
專利摘要一種高增益高容量光電轉(zhuǎn)換裝置，包括一太陽能電池；一高功率超高容量電容器并接在太陽能電池兩端；一升壓電路與控制電路并接后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并接后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(shí)用新型解決日照因環(huán)境變化，致使太陽能不穩(wěn)定輸入與小電能無法儲存轉(zhuǎn)為電能的問題，提升了太陽能光電轉(zhuǎn)換效率，使應(yīng)用范疇更為廣泛、穩(wěn)定，有助于推廣無公害污染且干凈的能源應(yīng)用于日常生活。
文檔編號H02J15/00GK201004564SQ200620049328
公開日2008年1月9日 申請日期2006年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日
發(fā)明者晟 張, 李春林, 勇 陳 申請人:上海云霆電子科技有限公司