一种基于植物光合作用的太阳电池的制作方法

本发明涉及光电太阳能利用技术领域，特别是涉及一种基于植物光合作用的太阳电池。

背景技术：

能源是人类社会发展的重要基础资源。随着能源需求量的持续增大，煤炭、石油、天然气等化石燃料的迅猛消耗，导致了能源危机日趋激烈、环境污染和环保压力持续加大。各国政府正努力寻找新的能源，以改善当前局面。太阳能作为一种清洁、安全、可再生的能源日趋受到人们关注。然而传统太阳能电池发电仍存在成本高、重金属铅和镉对环境二次污染、发电效率低等缺点。

如果基于植物光合作用建立“植物太阳电池”，即以植物中的水和二氧化碳为原料、利用太阳光直接产生电能，据科学家实验研究，这种新的发电方式不仅高效安全，而且可再生环保。因而大力开展基于植物光合作用的太阳能电池研究具有重要的研究背景和现实意义。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种基于植物光合作用的太阳电池，以至少解决现有技术中发电方式成本较高和污染较严重的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种基于植物光合作用的太阳电池，包括电能产生装置，电能监控装置，储能装置，其中，所述电能产生装置包括多个用于产生电能的发电导板，其中，每个所述发电导板中包括能够进行光合作用的活体植物，每个所述发电导板通过使用所述活体植物进行光合作用来产生电能；所述电能监控装置与所述电能产生装置中的每个所述发电导板相连接，用于监控所述电能产生装置产生的电能的电能参数，并通过监控到的所述电能参数调节所述电能产生装置所处环境的环境参数；以及，所述储能装置分别与所述电能监控装置和电网相连接，用于存储所述电能产生装置产生的所述电能，以向所述电网输送所述电能。

进一步地，每个所述发电导板包括：所述活体植物的叶片和至少一个电能接收器，其中，所述至少一个电能接收器中的每个电能接收器上设置有多个接线端子，每个接线端子通过连接导线与所述叶片的不同部位相连接，用于接收当所述活体植物进行光合作用时产生的电能。

进一步地，所述至少一个电能接收器中的每个电能接收器连接多个所述活体植物的叶片。

进一步地，每个所述发电导板中的所述至少一个电能接收器按照矩阵进行排布。

进一步地，每个所述发电导板中的所述至少一个电能接收器并联连接，并且多个所述发电导板中所述每个发电导板并联连接。

进一步地，所述电能产生装置为通过多个所述发电导板组成的箱体结构的电能产生装置。

进一步地，所述电能参数包括瞬时电流，所述电能监控装置包括：电量监控电路，所述电量监控电路的输入端与所述电能产生装置的输出端相连接，用于监控所述电能产生装置输出的电能的所述瞬时电流的大小；以及，调节电路，所述调节电路与所述电量监控电路相连接，用于根据监控到的所述瞬时电流的大小调节所述环境参数。

进一步地，所述调节电路包括：控制部件和执行部件，其中，所述控制部件用于根据所述瞬时电流的大小生成控制命令，所述执行部件用于根据所述控制部件生成的所述控制命令调节所述环境参数。

进一步地，所述环境参数包括以下至少之一：温度、光照强度、光照时间、光质、二氧化碳浓度、空气湿度。

进一步地，所述储能装置包括：钠硫蓄电池。

在本发明实施例提供的基于植物光合作用的太阳电池中包括依次连接的电能产生装置、电能监控装置和储能装置，其中，电能装置中包括多个用于产生电能的发电导板，每个发电导板通过安装在发电导板中的活体植物进行光合作用从而产生电能，在活体植物产生电能之后，就可以通过储能装置将产生的电能进行存储，同时，还可以通过电能监控装置监控电能产生装置产生的电能的电能参数，并根据监控到的电能参数调节电能产生装置所处环境的环境参数，从而达到了采用活体植物进行光合作用来产生电能的目的，并实现了节约发电成本的技术效果，进而解决了现有技术中发电方式成本较高和污染较严重的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是根据本发明实施例的一种基于植物光合作用的太阳电池的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种电能产生装置的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种可选地电能产生装置的示意图；

图4是根据本发明实施例的一种电能接收器的结构示意图；以及

图5是根据本发明实施例的一种钠硫蓄电池的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种基于植物光合作用的太阳电池的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的一种基于植物光合作用的太阳电池的示意图，如图1所示，该基于植物光合作用的太阳电池包括：电能产生装置10，电能监控装置20，储能装置30，

具体地，如图1所示，在本发明实施例中，电能产生装置10包括多个用于产生电能的发电导板，其中，每个发电导板中包括能够进行光合作用的活体植物，每个发电导板通过使用活体植物进行光合作用来产生电能。

在本发明实施例中，多个发电导板即为图1中所示的1011、1012、……、101n，每个发电导板中设置有用于进行光合作用的活体植物。需要说明的是，在本发明实施例中，活体植物包括但不限于以下活体植物：选藻类、蕨类、阔叶类绿色植物。

电能监控装置20与电能产生装置10中的每个发电导板相连接，用于监控每个发电导板产生的电能的电能参数，并通过监控到的电能参数调节电能产生装置所处环境的环境参数。

在本发明实施例中，每个发电导板的输出端包括正输出端(+)和负输出端(-)(在图1中并未示出)。因此，每个发电导板在与电能监控装置相连接时，每个发电导板的正输出端与电能监控装置的一个输入端相连接，以及每个发电导板的负输出端与电能监控装置的另一个输入端相连。

在将电能监控装置和电能产生装置相连接之后，电能监控装置就可以实时监控电能产生装置输出的电能的电能参数，进而，根据电能参数调节电能产生装置所处环境的环境参数。

需要说明的时，在本发明实施例中，环境参数包括但不限于以下参数：温度、光照强度、光照时间、光质、二氧化碳浓度、空气湿度，其中，上述参数均为活体植物进行光合作用时所必须的环境参数。

储能装置30分别与电能监控装置20和电网(在图1中未示出)相连接，用于存储电能产生装置产生的电能，以向电网输送电能。

在本发明实施例中，如图1所示，储能装置30通过电能监控装置20与电能产生装置10相连接。储能装置30获取电能监控装置输出端输出的电能，并将获取到的电能转化为化学能存储在储能装置中，当需要向电网传输电能时，再将化学能转化为电能。

在本发明实施例提供的基于植物光合作用的太阳电池中包括依次连接的电能产生装置、电能监控装置和储能装置，其中，电能装置中包括多个用于产生电能的发电导板，每个发电导板通过安装在发电导板中的活体植物进行光合作用从而产生电能，在活体植物产生电能之后，就可以通过储能装置将产生的电能进行存储，同时，还可以通过电能监控装置监控电能产生装置产生的电能的电能参数，并根据监控到的电能参数调节电能产生装置所处环境的环境参数，从而达到了采用活体植物进行光合作用来产生电能的目的，并实现了节约发电成本的技术效果，进而解决了现有技术中发电方式成本较高和污染较严重的技术问题。

通过上述描述可知，在本发明实施例中，通过发电导板中的活体植物进行光合作用来产生电能。具体地，活体植物进行光合作用时产生电能的过程可以描述为：当光子进入植物细胞叶绿体后，打在类囊体薄膜上的色素分子上参与水的光解过程。叶绿素吸收了特定波长的光线之后会进行水光解，水光解后激发出一定能级的电子，进而持续激发出的电子与外界形成了1.13V的电势差，从而产生一定大小的持续电流。上述光合作用的过程可以用下述两个反应式进行表示，其中，公式(1)表示光合作用中的水光解过程，公式(2)表示光合作用中的递氢过程：公式(1)H₂O→2H⁺+2e^-+(1/2)O₂、公式(2)NADP⁺+2e^-+H⁺→NADPH。

在本发明的一个可选实施方式中，上述描述的活体植物的光合作用产生电能的过程中可以等效为图2所示等效电路图。

具体地，上述包括活体植物的电能产生装置可以等效为图2中的一个理想恒流源与一只正向二极管并联，其中，I_s表示流过正向二极管的电流，R_s是由于电能产生装置内部结构材质的不同、以及电能产生装置中接触缝隙等出现的漏电流，进而使得应该流过负载的电流被短路所引起的等效电阻，C为结电容，R_n为串联电路电压降等效电阻，I_t是电能产生装置中的活体植物进行光合作用时形成的电流，I_t的大小主要取决于温度、光照强度、光照时间、光质、二氧化碳浓度、空气湿度等光合影响因素。I_t可近似认为公式：I_t＝K_a(T)ne，其中，Ka(T)为光照强度一定时，光合作用强度系数随温度变化的函数，n为单位面积的叶片吸收的光子数，e为电子电量。

进一步地，如图2所示的等效电路图中，电能产生装置的输出电流I和输出电压U之间的关系可以描述为下述公式：其中，I为输出电流、K为玻尔兹曼常数、A为图2中正向二极管的品质因子，U为输出电压，I₀为上述正向二极管的反向电流。

其中，上述电能产生装置的输出电压U可以表示为公式：其中，n₁为串联的发电导板的个数，n₂为并联的发电导板的个数。

下面将结合图3和图4对本发明实施例进行说明。图3为本发明实施例提供的一种可选地电能产生装置的示意图。图4是根据本发明实施例的一种电能接收器结构示意图。

通过上述描述可知，在本发明实施例中，电能产生装置包括多个发电导板，其中，多个发电导板之间可以并联连接，可以串联连接，还可以并联和串联混合连接。多个发电导板可以组成任意形状的立体或者平面结构，例如，通过多个发电导板组成如图3中所示的箱体结构的电能产生装置，或者通过多个发电导板组成三角柱形的电能产生装置。

在本发明下述实施例中，均以图3中所示的箱体结构的电能产生装置进行说明。如图3所示，箱体结构的电能产生装置由6个发电导板(即，1011至1016)组成，或者由4个发电导板(即，1011至1014)组成，其中，图3中仅表示出两个发电导板，即1011和1012。具体地，上述每个发电导板均包括：活体植物的叶片和至少一个电能接收器(又可以称为叶片电能接收导片)，其中，活体植物的叶片和一个电能接收器即为图3中小矩形所示的区域，也即，符号1所示的区域，其中，符号1仅表示部分活体植物的叶片和一个电能接收器。从图3中可以看出，每个发电导板中的至少一个电能接收器按照矩阵进行排布。

也就是说，在本发明实施例中，由活体植物组成的电能产生装置包括多个发电导板，其中，每个发电导板中包括按照矩阵进行排布的矩阵阵列；该矩阵阵列中每个元素即为活体植物的叶片和叶片电能接收导片(即，上述电能接收器)，其中，叶片电能接收导片为一种插设在植物丛中的微型导线集合板。在活体植物进行光合作用时，可将植物叶片的电压升高于导线，然后，经导线回路形成电流输出。

如图4所示的即为一种电能接收器的示意图，图4中，符号“3”所示的即为活体植物的叶片，符号“2”所示的即为电能接收器，从图4中可以看出，至少一个电能接收器中的每个电能接收器上设置有多个接线端子(即，图4中符号“○”所示的即为接线端子)，每个接线端子通过连接导线与叶片的不同部位相连接，用于接收当活体植物进行光合作用时产生的电能。

从图4中可以看出，设置在电能接收器中的每个接线端子引出一根导线，然后，通过将该导线连接至微装置中，其中，微装置为预先设置在活体植物的叶片中的装置，用于获取活体植物进行光合作用时产生的电能。在获取到电能之后，通过图4中所示的电能接收器的正输出端和负输出端与电能监控装置20的输入端相连接，以向储能装置传输电能。

在本发明实施例中，每个发电导板中的至少一个电能接收器并联连接，并且多个发电导板中每个发电导板并联连接。也就是说，在本发明实施例中，在如图3所示的任一个发电导板中，发电导板中的电能接收器为并联连接的，以增大电能产生装置的电流输出。进一步地，通过上述描述可知，多个发电导板中的每个发电导板可以是并联连接，还可以是串联连接，优选地，在本发明实施例中，多个发电导板中的每个发电导板为并联连接。

需要说明的是，在本发明实施例中，每个电能接收器可以连接多个活体植物的叶片，如图4所示，一个电能接收器与两个叶片相连接。

通过上述描述可知，在本发明实施例中，选取选藻类、蕨类或阔叶类等绿色活体植物为载体，采取相关技术手段(例如，上述实施例中描述的微装置)，将叶片电能接收导片(即，上述电能接收器)2置于活体植物的叶片3中，然后将预定数量的植物发电导板并联，并联之后的输出作为电能产生装置的输出。其中，在发电导板中设置电能接收器时，可以根据活体植物的叶片的密度来分布植物发电导板中每个电能接收器之间的排列间隔。因此，本发明实施例中的基于植物光合作用的太阳电池采用活体植物作为发电源，相对于现有技术中依赖于煤矿作为无发电源的方式，不仅能够节约发电，还可以减小发电污染，特别是雾霾尤其严重的环境下，能够实现绿色发电。

在本发明的另一个可选实施方式中，电能参数有很多种，例如，瞬时电流、瞬时电压和功率，在本发明实施例中，电能参数以瞬时电流为例进行说明，在此情况下，电能监控装置包括电量监控电路和调节电路，其中：

电量监控电路的输入端与电能产生装置的输出端相连接，用于监控电能产生装置输出的电能的瞬时电流的大小；

调节电路与电量监控电路相连接，用于根据监控到的瞬时电流的大小调节环境参数。

具体地，上述电能监控装置又可以称为电量自动监控调节装置，其中，电能监控装置由电量监控电路和调节电路(调节电路又可以称为反馈调节电路)构成。电能监控电路实时监控电能产生装置10输出的电量的瞬时电流的大小，然后，将瞬时电流的大小输入至调节电路中，调节电路就可以实时地根据瞬时电流的大小自动地调节电能产生装置10所处环境的环境参数，例如，调节活体植物所处环境的温度、调节活体植物所处环境的光照强度、调节活体植物所处环境的光照时间、调节活体植物所处环境的光质、调节活体植物所处环境的二氧化碳浓度、以及调节活体植物所处环境的空气湿度，需要说明的时，上述环境参数均为活体植物进行光合作用时所需的相关外界条件。

可选地，上述调节电路包括：控制部件和执行部件，其中，控制部件用于根据瞬时电流的大小生成控制命令，执行部件用于根据控制部件生成的控制命令调节环境参数。

在本发明实施例中，控制部件由相关软件控制程序组成，执行部件由相关硬件操作设备组成，其中，相关硬件操作设备可根据软件控制程序发出的操作指令进行相关调整操作。具体地，当控制部件获取到电量监控装置发送的瞬时电流之后，通过执行判断逻辑可知，当前时刻的电流值小于某一阈值，此时，控制部件将生成相应地控制命令，然后，根据控制命令控制相关硬件操作设置执行相应地操作。例如，控制加湿器增大活体植物所处环境的环境湿度，控制延长光照时间等操作。

需要说明的是，在本发明实施例中，电能监控装置除了监控电能产生装置输出的电能参数之外，还可以监控储能装置的输出功率。例如，当储能装置并入电网时，将向电网输送电压为220V交流电压，此时，就可以监控该储能装置的输出功率。例如，如果监控到输出功率较小时，可以切断向电网传输电能，或者监控到天气状况不佳和夜间不能大量发电时，从电网中切断，停止供电。

可选地，在本发明实施例中，如果某个活体植物的叶片或某个叶片电能接收导片(电能接收器)受到破坏时，电能监控装置中的调节装置会因电量骤降启动预警装置报警，以提示相关人员及时更换活体植物的叶片或叶片电能接收导片，保证叶片该植物太阳电池的正常工作。

下面将结合图5对本发明另一可选实施例进行说明，图5是根据本发明实施例的一种钠硫蓄电池的结构示意图，在本发明实施例中，储能装置包括：钠硫蓄电池。

钠硫蓄电池储能部分由熔融液态电极和固体电解质组成，如图5所示，钠硫蓄电池的负极由熔融金属钠构成，钠硫蓄电池的正极由硫和多硫化钠熔盐(即，图5中的S/C)构成，固体电解质兼隔膜是一种专门传导金属钠被称为Al₂O₃的陶瓷材料，外壳则一般用不锈钢等金属材料。钠硫蓄电池将获取到的电能储存起来并与电网连接，当电网需要电能时，其会将化学能转化成电能，以稳定的功率释放到电网中。

需要说明的是，在本发明实施例中，一个电能产生装置10可以与多个储能装置30相连接，当其中一个储能装置已存储满时，可以实现自动切换至其他的储能装置进行电能的存储。

可选地，在本发明实施例中，还可以在储能装置外设置稳压电路，由于钠硫蓄电池输出的电压不可能一直维持在220V，因此，可以采用相应的稳压电路将钠硫蓄电池输出的电压稳定在220V，以实现向电网提供稳定的电源。

本发明公开的一种基于植物光合作用的太阳电池，基于植物光合作用过程水的光解产生电子这一原理，通过培养活体植物并直接导出该电能加以存储利用，且还可根据电能的产量随时自动调节植物生长光合所需条件，达到发电效率的最大化。此基于植物光合作用的太阳电池由活体植物电源、电量自动监控调节系统、钠硫蓄电池储能部分组成。其中，活体植物电源部分由多个发电单元阵列并联组成，产生电能稳定可靠，效率高，且基本不影响活体植物正常生长，绿色环保，成本低廉。电量监控自动调节系统部分采用网络化、智能化电量自动监控系统，可实时显示记录该植物电源电流、电量等各类电量数据、变化趋势，便于及时调节植物生长、光合所需外界条件，大大提高了发电量。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。