適應(yīng)性太陽能集電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能裝置，且特別是一種適應(yīng)性太陽能集電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)存于地球上的能源是逐年短缺，例如:煤炭、石油、乙醇、核能、水力、地?zé)崮堋L(fēng)能、可再生的生質(zhì)能。上述的所有能源都面臨著不同的缺點(diǎn)和在成本上的因素，如安全性、量產(chǎn)性與綠能的考慮。因?yàn)殡娏Φ氖褂煤腿丝谥饾u增加，使得難以有一個干凈、可靠成本低廉的能源可供人們?nèi)粘Ｊ褂谩Ｄ壳坝袃蓚€可以符合前面要求的能源候選，即核融合與太陽能。核融合很好但是因?yàn)榧夹g(shù)屏障而無法商業(yè)化。而太陽能恰好是可滿足能源上的決定性作用的候選者。盡管太陽能集電方式是一種可行的電力來源，太陽能集電仍存在一些有待突破的問題以使其成為有力的電力來源。有待解決的問題如太陽能電池(solar cell)的效率、光能和電能轉(zhuǎn)換以及集電的效率。具有新的量子點(diǎn)技術(shù)的三五族απ-v)化合物太陽能電池具有令人驚訝的70%的光電轉(zhuǎn)換效率，然而，因其高昂的制造成本而使其僅用于少數(shù)特殊的應(yīng)用?，F(xiàn)用的商用型太陽能電池是以硅為基底且光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到21%。即使還有其他種類的太陽能電池，例如有機(jī)聚合物、二六族(I1-VI)化合物，但是可靠度、耐用度與成本仍然是使其尚無法作為良好的太陽能電池的候選者。目前的太陽能電池的制造商投資越來越多金錢在以硅為基底的太陽能電池的集光的改良、入射光的再利用、多路徑吸收等技術(shù)。截至目前為止，對于收集到的太陽能電力轉(zhuǎn)換至(或儲存至)電力形式或儲存為可用的電力，仍沒有良好的光電轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)。大多數(shù)的設(shè)計(jì)需要交高強(qiáng)度的入射太陽光以集電和轉(zhuǎn)換，例如:需要30至50K勒克斯(Lux)。
[0003]針對現(xiàn)有方案及其缺陷敘述如下?，F(xiàn)有的太陽能集電方案總是需要強(qiáng)光來觸發(fā)集電的動作，而不能使用于低入射光強(qiáng)度的情況。原因是負(fù)載線的問題，重載的負(fù)載線汲取甚大于太陽能板所能供應(yīng)的電流。如此，造成太陽能的供應(yīng)電流的耗盡與電壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的支持程度。電力轉(zhuǎn)換所造成的集電損失仍然存在，不論入射的光線有多強(qiáng)?，F(xiàn)存的集電方式需要一個最大功率追蹤系統(tǒng)，其使用復(fù)雜的回授設(shè)計(jì)是達(dá)到最大功率追蹤(MaximumPower Point Tracking, MPPT)的效果。
[0004]請參照圖1，圖1是傳統(tǒng)的太陽能電池的輸出電流(1ut)與電壓(V)的關(guān)系曲線圖，現(xiàn)存的最大功率追蹤方式是找到功率輸出的最大功率點(diǎn)P，如圖1所示?，F(xiàn)存的最大功率追蹤方式相當(dāng)耗費(fèi)功率且在不準(zhǔn)確的追蹤結(jié)果的情況下響應(yīng)速度慢。而且，在低照度的入射光下，供應(yīng)電流衰減的非?？?，使得最大功率追蹤的方式難以正確的追蹤最大功率，容易造成集電失敗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實(shí)施例提供一種適應(yīng)性太陽能集電裝置，以前饋控制對電力儲存單元充電時(shí)的充電電流與充電電壓。
[0006]本發(fā)明實(shí)施例提供一種適應(yīng)性太陽能集電裝置，其包括太陽能接收單元、電壓轉(zhuǎn)換器以及充電功率控制器。電壓轉(zhuǎn)換器具有輸入端以及輸出端。電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端耦接太陽能接收單元，電壓轉(zhuǎn)換器通過輸入端接收太陽能接收單元的電力。充電功率控制器耦接電壓轉(zhuǎn)換器的輸出端，感測電壓轉(zhuǎn)換器的輸出端的供應(yīng)電壓，并產(chǎn)生充電電壓以及充電電流以對至少一電力儲存單元充電。充電功率控制器依據(jù)來自電壓轉(zhuǎn)換器的輸出端的供應(yīng)電壓作為前饋控制(feed-forward control),而調(diào)整充電電壓以及充電電流。
[0007]綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供一種適應(yīng)性太陽能集電裝置，以前饋控制對電力儲存單元充電時(shí)的充電電流與充電電壓，其可以在低太陽光的照度或低入射光的情況下進(jìn)行電能儲存與轉(zhuǎn)換。
[0008]為使能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅是用來說明本發(fā)明，而非對本發(fā)明的權(quán)利要求范圍作任何的限制。
【附圖說明】
[0009]圖1是傳統(tǒng)的太陽能電池的輸出電流與電壓的關(guān)系曲線圖。
[0010]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的適應(yīng)性太陽能集電裝置的電路方塊圖。
[0011]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的適應(yīng)性太陽能集電裝置對太陽能電池的負(fù)載線的曲線圖。
[0012]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的充電功率控制器的電路圖。
[0013]圖5是本發(fā)明實(shí)例提供的適應(yīng)性太陽能集電裝置對電力儲存單元充電時(shí)的電壓與電流的曲線圖。
[0014]【符號說明】
[0015]1:適應(yīng)性太陽能集電裝置
[0016]10:太陽能接收單元
[0017]11:電壓轉(zhuǎn)換器
[0018]12:充電功率控制器
[0019]13:電力儲存單元
[0020]131:溫度傳感器
[0021]Pl:輸入端
[0022]P2:輸出端
[0023]Vin:輸入電壓
[0024]Iin:輸入電流
[0025]Vo、Vin’:供應(yīng)電壓
[0026]1、Iin’:供應(yīng)電流
[0027]Vo’:充電電壓
[0028]Ιο’:充電電流
[0029]P:最大功率點(diǎn)
[0030]lout:輸出電流
[0031]AA:最大功率周邊區(qū)域
[0032]121:負(fù)載線控制單元
[0033]122:供應(yīng)電壓感測電路
[0034]123:電流感測電路
[0035]1211:電流控制器
[0036]1212:電壓控制器
[0037]GND:接地
[0038]麗2:功率開關(guān)
[0039]MNl:晶體管
[0040]Rl:電阻
[0041]S1:電流感測信號
[0042]CT:充電控制信號
[0043]SA:第一階段信號
[0044]SB:第二階段信號
[0045]TS:溫度感測信號
【具體實(shí)施方式】
[0046]〔適應(yīng)性太陽能集電裝置的實(shí)施例〕
[0047]請參照圖2，圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的適應(yīng)性太陽能集電裝置的電路方塊圖。適應(yīng)性太陽能集電裝置I包括太陽能接收單元10、電壓轉(zhuǎn)換器11以及充電功率控制器12。太陽能接收單元10通常是具有多個太陽能電池(solar cell)的太陽能板。適應(yīng)性太陽能集電裝置I將太陽能接收單元10的電力傳遞至至少一電力儲存單元13。在圖2中僅示出一個電力儲存單元13，然而，電力儲存單元13也可以是多個。
[0048]電壓轉(zhuǎn)換器11可以是升壓(boost)轉(zhuǎn)換器或降壓(buck)轉(zhuǎn)換器。電壓轉(zhuǎn)換器11具有輸入端Pl以及輸出端P2。電壓轉(zhuǎn)換器11的輸入端Pl耦接太陽能接收單元10，電壓轉(zhuǎn)換器11通過輸入端Pi接收太陽能接收單元10的電力。太陽能接收單元10提供輸入電壓Vin與輸入電流Iin至電壓轉(zhuǎn)換器11。充電功率控制器12耦接電壓轉(zhuǎn)換器的輸出端P2，感測電壓轉(zhuǎn)換器11的輸出端P2的供應(yīng)電壓Vo (在充電功率控制器12的輸入端為Vin’)，并產(chǎn)生充電電壓Vo’以及充電電流Ιο’以對至少一電力儲存單元13充電。充電功率控制器12依據(jù)來自電壓轉(zhuǎn)換器11的輸出端Ρ2的供應(yīng)電壓Vo作為前饋控制(feed-forwardcontrol)，而調(diào)整充電電流Ιο’。此前饋控制可自我調(diào)適太陽能板能量的采集轉(zhuǎn)而儲存于可充電的儲存器(電力儲存單元13)內(nèi)。無論可采集太陽能板能量的多寡只要所采集的能量大于電壓轉(zhuǎn)換器11和充電功率控制器12所耗的能量。
[0049]本發(fā)明實(shí)施例利用充電功率控制器12對太陽能板(太陽能電池)具有可對負(fù)載做適應(yīng)性調(diào)整的集電能力。對于入射光線的不同的照射強(qiáng)度，每一個太陽能電池有其個別的輸出(集電)能力。如果集電負(fù)載沒有匹配至太陽能電池的電力產(chǎn)出，太陽能電池的輸出電壓可能會崩潰而掉至接近接地電位(GND)，或者在重載的汲電狀況下降低電壓值。為了克服此問題，本發(fā)明實(shí)施例提供前饋控制來調(diào)整光電轉(zhuǎn)換的輸出級(后級)。每一個升壓或降壓時(shí)鐘周期中，由集得的光電伏(photo-voltaic)轉(zhuǎn)換至后級的電壓值是可自動調(diào)整，以考慮到來自前一級的光電伏的輸出能力。如圖1所示，與最大功率追蹤方式不同的是，本發(fā)明實(shí)施例的電路并不追求由電壓轉(zhuǎn)換器11至儲存級(電力儲存單元13)的最大功率傳遞。本發(fā)明實(shí)施例使用適應(yīng)性的一個周期一個周期的調(diào)整，以將電壓轉(zhuǎn)換器的輸出能力平順地傳遞至儲存級。如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例的適應(yīng)性太陽能采集裝置I可以使工作點(diǎn)在最大功率點(diǎn)P附近的區(qū)域AA，即最大功率周邊區(qū)域AA。即使在輸出的負(fù)載線并非恰好是太陽能電池的最大功率傳遞，然而其是在全電壓范圍(full-range)且接近于最大功率傳遞的情況下將電力由太陽能電池傳遞至電力儲存單元13。
[0050]電力儲存單元13通常是二次電池，例如鋰鎳電池或鋰鐵電池，但本發(fā)明并不因此限定。電力儲存單元13耦接充電功率控制器12，電力儲存單元13接收充電電壓Vo’以及充電電流Ιο’而被充電。電力儲存單元13還可包括一溫度傳感器131，所述溫度傳感器131感測電力儲存單元13的溫度，并提供一溫度感測信號TS至充電功率控制器12。溫度傳感器131可以在電力儲存單元13的溫度過高時(shí)，以溫度感測信號TS指示充電功率控制器12停止對電力儲存單元13充電。藉此，避免電力儲存單元13的溫度過高而造成危險(xiǎn)。
[0051]充電功率控制器12可依據(jù)供應(yīng)電壓Vo調(diào)整適應(yīng)性太陽能集電裝置I對電力儲存單元13充電時(shí)的負(fù)載線。詳細(xì)的控制方式請參照下面實(shí)施例的說明。
[0052]請參照圖4，圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的充電功率控制器的電路圖。圖4的充電功率控制器12包括供應(yīng)電壓感測電路122、功率開關(guān)MN2、負(fù)載線控制單元121與電流感測電路123。在一實(shí)施例中，充電功率控制器12可以僅包括供應(yīng)電壓感測電路122與功率開關(guān)麗2。供應(yīng)電壓感測電路122感測供應(yīng)電壓Vo，依據(jù)供應(yīng)電壓Vo而產(chǎn)生充電控制信號CT。功率開關(guān)MN2 (例如為P型晶體管)具有一第一端、一第二端以及一控制端，第一端耦接電壓轉(zhuǎn)換器11的輸出端P2以接收