專利名稱：一種使用高功率超高容量電容器的太陽能模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明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使用高功率超高容量電容器的太陽能模 塊。
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(xiǎn)、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(shí)
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。
一般已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(chǔ)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l所示),
主要由太陽能電池IO、充電控制器ll、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(chǔ)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(shí)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(huì)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(shí)的白天，僅約3.5小時(shí)的日照可利用，其能量損失甚巨。 針對(duì)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(jí)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(duì)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
本發(fā)明所要解決的技術(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(chǔ)存轉(zhuǎn)為電能的問題，而提供一種使用高功 率超高容量電容器的太陽能模塊。
本發(fā)明技術(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(gè)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(shí)，將儲(chǔ)存的電能釋放至儲(chǔ)能裝置；
一個(gè)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(chǔ)能裝置的 一端相連接，提升電容器電壓以對(duì)儲(chǔ)能裝置充電；
一個(gè)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(chǔ)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(chǔ)能裝置；
一個(gè)儲(chǔ)能裝置，該儲(chǔ)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(chǔ)存電能及供應(yīng)給負(fù)載運(yùn)作的主要電源。
本發(fā)明由于采用了上述結(jié)構(gòu)方案，在日照充足時(shí)，太陽能電池穩(wěn) 定而充裕的同時(shí)對(duì)高功率超高容量電容器、儲(chǔ)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(chǔ)能至儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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，本發(fā)明解決日照因地形、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(chǔ)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。本 發(fā)明尤其適合天氣不好、多云、氣候變化大、日照時(shí)間低與高緯度地 區(qū)，更能充分發(fā)揮出功效。


圖1是為已知太陽能模塊的電路方框示意圖2是為本發(fā)明的電路方框示意圖3是為圖2的基本線路圖4是為本發(fā)明的工作原理方框示意圖5是為本發(fā)明的另一工作原理方框示意圖。
圖中各序號(hào)分別表示為
IO—太陽能電池 ll一充電控制器 13 —負(fù)載 20—太陽能模塊 22—高功率超高容量電容器 23—控制電路 25—儲(chǔ)能裝置 26 —負(fù)載
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例以及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
請(qǐng)同時(shí)參閱圖2及圖3，本發(fā)明太陽能模塊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(gè)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(shí)，將儲(chǔ)存的電能釋放至儲(chǔ)能裝置25。
12—充電電池 21—太陽能電池 24 —升壓電路25
本發(fā)明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)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(duì)太陽能系統(tǒng)更具有小電流輸入累積效果。于本發(fā)明較佳實(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(chǔ)能裝置 25的電流電能。
一個(gè)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(chǔ)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(chǔ)能裝置25。本發(fā)明并無限定控制電路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(jià)位與需求設(shè)計(jì)決定，本發(fā)明為求簡易說明，是以一 二極管作定電流的簡單控制(如圖3所示)。
一個(gè)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(chǔ)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(duì)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(gè)儲(chǔ)能裝置25，該儲(chǔ)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(chǔ)存電能及供應(yīng)給負(fù)載26運(yùn)作的主要電 源。該儲(chǔ)能裝置25包括至少一個(gè)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(duì) 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(chǔ)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(hào)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(dòng)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(duì)的能量損 耗愈快。除了前述以發(fā)光二極管為負(fù)載外，本發(fā)明的太陽能模塊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。
以下簡述本發(fā)明工作原理及運(yùn)作模式
如圖4所示，本發(fā)明一種工作原理及運(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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)能至儲(chǔ)能裝置25 ， 這些原本消失的小電能經(jīng)此存入儲(chǔ)能裝置25，提高了太陽能模塊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(hào)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。
如圖5所示，本發(fā)明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(shí) 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(chǔ)能裝置25。而對(duì)于儲(chǔ)能裝置25而言， 此時(shí)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(chǔ)能裝置25亦針對(duì)不同太陽能產(chǎn)品而放電于不同的負(fù)載 26。
綜上所述，本發(fā)明解決日照因地形、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(chǔ)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. 一種使用高功率超高容量電容器的太陽能模塊，包括一組太陽能電池，該太陽能電池是光能與電能轉(zhuǎn)換組件；一個(gè)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(shí)，將儲(chǔ)存的電能釋放至儲(chǔ)能裝置；一個(gè)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(chǔ)能裝置的一端相連接，提升電容器電壓以對(duì)儲(chǔ)能裝置充電；一個(gè)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(chǔ)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(chǔ)能裝置；一個(gè)儲(chǔ)能裝置，該儲(chǔ)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(chǔ)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所述的使用高功率超高容量電容器的太陽能 模塊，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所述的使用高功率超高容量電容器的太陽能 模塊，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所述的使用高功率超高容量電容器的太陽能模塊，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所述的使用高功率超高容量電容器的太陽能 模塊，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所述的使用高功率超高容量電容器的太陽能 模塊，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所述的使用高功率超高容量電容器的太陽能 模塊，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所述的使用高功率超高容量電容器的太陽能 模塊，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所述的使用高功率超高容量電容器的太陽能 模塊，其特征在于其中該儲(chǔ)能裝置是包括至少一個(gè)可重復(fù)充電式充 電電池。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的使用高功率超高容量電容器的太陽能模塊，其特征在于其中該儲(chǔ)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。
全文摘要
一種使用高功率超高容量電容器的太陽能模塊，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(chǔ)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(chǔ)能裝置的一端相連接；一儲(chǔ)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。本發(fā)明解決日照因環(huán)境變化，致使太陽能不穩(wěn)定輸入與小電能無法儲(chǔ)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(hào)H02J15/00GK101207308SQ200610147728
公開日2008年6月25日 申請(qǐng)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(qǐng)人:上海云霆電子科技有限公司