专利名称：使用高功率超高容量电容器的太阳能模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种使用高功率超高容量电容器的太阳能模块，其为可增益太阳能的光电转换效率，提高太阳能装置吸能效果的设计。
背景技术：
矿物能源(如煤、石油或铀等)具有地域性、矿存量及污染性，并且为亿万年的累积，需投入大量人力物力开采，一经污染极可能造成无法弥补的生态浩劫，因此无污染的替代能源研究，各国均积极展开，其中取之不尽用之不竭且无污染问题，即为太阳能的研究。
太阳能为干净无污染的能源，具有无枯竭危险、无公害、不受资源分布地域的限制、能源质量高、适合携带式能源及获取能源花费时间短等优势。由于半导体与LED技术的日益成熟，太阳能应用如虎添翼，广泛应用于低功率电子产品与太阳能发电。
一般习知的低功率太阳能产品是由充电部分与放电部分所组成，透过太阳能电池将电能储存至电池而构成充电部分，再经电池放电至负载，此负载载日常生活中如太阳能庭园灯、太阳能指示牌、太阳能交通及施工装置、太阳能充电器或太阳能手电筒、太阳能收音机、太阳能玩具等，以减少干电池的使用量。
举例来说，太阳能电池应用于LED负载线路(如图1所示)，主要由太阳能电池10、充电控制器11、充电电池12及负载13(灯泡或LED)组成。太阳能电池10经光电转换产生电能，藉由充电控制器11控制机制将电能储存于充电电池12。另一方面太阳能电池10侦测周遭环境的光度变化，于昏暗无法产生足够的电能时将转由充电电池为放电机制，供应负载13的能源。
然而，太阳能能源系统在应用上存在两大问题
1、太阳能为不稳定的能源。太阳能电池所产生的光电转换会随天气变化、太阳入射角度、日光阴影与日光强度而产生变化，造成充电电压(电流)下震荡。
2、清晨与黄昏之际因入射光线不足，太阳能电池所产生的电压(电流)微弱，无法充电至电池(电池内阻过大)，虚耗光电转换能源。一天将近12小时的白天，仅约3.5小时的日照可利用，其能量损失甚巨。
针对前述问题，如美国专利USP 4,634,953与USP 5,782,552。揭露使用大容量电容器作为太阳能系统中充电电池的取代物，意图解决电池寿命、维护替换等问题的技术手段，此大容量为能量释放的超电容，具有法拉级的电容量。其等效串联电阻(ESR)虽低于电池，但仍然有数奥姆至数十奥姆，对于太阳能能源的吸能困窘，无太大帮助。能量释放型超电容的电容量如太小，则ESP太大，能量都在转换之间以热能消耗；但电容量太大，则又有许多能量存于超电容内，以自我放电逸失无法利用。
缘此，本实用新型以一高功率释放型超电容，配合一升压泵设计出太阳能模块解决电压震荡、增加日照利用时间与增进太阳能吸收效率。
实用新型内容本实用新型的主要目的是为了提供一种使用高功率超高容量电容器的太阳能模块，以解决日照因地形、气候、阴影与环境变化，致使太阳能不稳定能源输入与小电能无法储存转为电能的问题。
为了实现上述目的，本实用新型的技术解决方案为一种使用高功率超高容量电容器的太阳能模块，包括一太阳能电池组，为光能与电能转换组件；一超电容，收集太阳能电池组所转换的电能，并于太阳能电池组转换效能低或无法转换时，将储存的电能释放至储能装置；一升压泵电路，用以提升超电容电压以对储能装置充电；；一控制电路，与升压泵并接，用以控制太阳能电池组在强日照下将电能存入储能装置；
一储能装置，储存电能及供应给负载动作的主要电源；其中该超电容与升压泵电路并联于太阳能电池组与储能装置间，以提升光照强度较弱所产生的微弱电压。
所述的使用高功率超高容量电容器的太阳能模块，其中该负载为中小功率需求的装置，如LED、灯泡、随身电器装置等。
所述的使用高功率超高容量电容器的太阳能模块，其中该控制电路包括定电流的充电控制、高效率充电控制或具最大功率点追踪系统的充电控制器。
所述的使用高功率超高容量电容器的太阳能模块，其中当太阳能电池组无法或低效率将所生成的电能时，经由超电容储存累积，及升压泵电路储能至储能装置。
所述的使用高功率超高容量电容器的太阳能模块，其中当太阳能电池组所生成的电能先行储入超电容，再经升压泵电路储能至储能装置。
所述的使用高功率超高容量电容器的太阳能模块，其中该高功率超电容为具有高能量与高功率密度的金电容或大电容量的铝电解电容器。
所述的使用高功率超高容量电容器的太阳能模块，其中该高功率超电容为瞬间高功率释放型的超电容，具低内阻、高功率密度的特征。
所述的使用高功率超高容量电容器的太阳能模块，其中该升压泵电路为低功率脉冲式升压电路。
所述的使用高功率超高容量电容器的太阳能模块，其中该升压泵电路为变压器。
所述的使用高功率超高容量电容器的太阳能模块，其中该升压泵电路为电荷泵升压电路。
所述的使用高功率超高容量电容器的太阳能模块，其中该升压泵电路为回馈式或驰返式升压电路。
所述的使用高功率超高容量电容器的太阳能模块，其中该储能装置包括至少一个可重复充电式充电电池。
所述的使用高功率超高容量电容器的太阳能模块，其中该储能装置为镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、锂高分子电池或铅酸电池。
本实用新型所提供的太阳能模具之一种运作模式，于日照充足时，太阳能电池组稳定而充裕的同时对大功率超电容、储能装置充电及提供负载所需的电能。当日照不足，太阳能电池组所产生电能经低内阻的大功率超电容经升压泵电路储能至储能装置，使被传统太阳能电池及前揭前案视为无法利用的小电能经此存入，提高了太阳能模块效率。
本实用新型所提供的太阳能模块的二种运作模式，其不论光照的强弱，太阳能电池组所产生的电能都储入低内阻高功率的超电容，待超电容充饱后再经升压泵电路充电至储能装置。如此可克服太阳光因地形、气候、阴影、环境变化而造成不稳定输入、输出电压震荡、充电效率低等负面因素。
本实用新型尤其适合天气不好、多云、气候变化大、日照时间低与高纬度地区，更能充分发挥出功效。
图1为习知太阳能模块的电路方块示意图；图2为本实用新型的电路方块示意图；图3为图2的基本线路图；图4为本实用新型第一种运作模式示意图；图5为本实用新型第二种运作模式示意图。
10太阳能电池 20太阳能模块11充电控制器 21太阳能电池组12充电电池 22超电容13负载 23控制电路24升压泵电路 26负载25储能装置具体实施方式
为使审查员能进一步了解本实用新型的特征及实用功效，兹附以较佳实施例及其图式，详细说明如后请同时参阅图2及图3所示，本实用新型的电路方块示意图，本实用新型的太阳能模块20包括一太阳能电池组21，其经光电转换产生电能。
一高功率超电容22，其为一种具有内阻低、电容量高、瞬间功率强特点的超电容22，如陶瓷电容、电解电容、钽电容等，其电容量高于一般电容器数千至数万倍，依用途可区分瞬间功率型与能量释放型超电容，能量释放型可拥有数千法拉高电容，可作为电池用途，而瞬间功率型超电容的电容量在毫法拉(MF)与数法拉之间，具瞬间电流大输出特性，尤其对太阳能系统更具有小电流输入累积效果。于本实用新型较佳实施例中，该高功率超电容22作为无法输入储能装置25的电流电能的收集。
一控制电路23，为控制太阳能电池组21在强日照下，将电流存入储能装置25。本实用新型并无限定控制电路23的形式，举凡定电流的简单控制，至各种高效率充电控制，甚至是最大功率点追踪系统，可视成品价位与需求设计决定，本实用新型为求简易说明，以二极管作定电流的简单控制(如图3所示)。
一升压泵电路24，为一种低功率脉冲式升压电路，用以提升超电容22的电压，增进充电效率。举凡变压器、电荷泵等皆具脉冲式升压作用。对于中高功率的太阳能系统也可使用回馈式、驰返式升压电路。
一储能装置25，包含有至少一个可重复充电式电池，依负载、尺寸与成本要求，决定电池种类与电池大小与数量。一般可充式电池包括镍镉、镍氢、锂离子、锂高分子、铅酸等，这些电池种类对太阳能中低功率系统而言，镍镉存在污染问题，锂电池较为昂贵，铅酸电池体积庞大且笨重，而以镍氢较合适。因此就商品市场而言，太阳能庭园灯常以3颗1.2V的镍氢串联，而太阳能交通猫眼则是1颗1.2V的镍氢电池供电。
一负载26，由储能装置25供应电能运作，较常应用的商品为太阳能LED灯，包含了庭园灯、指示灯、警示灯、号志灯、猫眼等，都是供应LED照明或指示为主。以发光色彩来说，黄光、红光LED的驱动电压为2-3V，而蓝光与白光LED则为3-4V，所衔接的LED数量愈多，所需电流愈多，相对的能量损耗愈快。除了前述以LED为负载外，本实用新型的太阳能模块20亦可用于太阳能充电器、太阳能玩具、太阳能手电筒、太阳能收音机、太阳能影音(CD，VCD，DVD)、太阳能手工具或中小功率需求的太阳能产品。
本实用新型提供有二种运作模式，其中第一种运作模式(如图4所示)太阳能电池组21是光能与电能转换的组件，依储能装置25与负载26的需求串并太阳能电池组21所需的面积及电压。太阳能电池组21亦可侦测环境的亮度，进而判断强日照或中低日照，当日照充足，太阳能电池组21所产生电能经很低内阻的大功率超电容22经升压泵电路24储能至储能装置25，这些原本消失的小电能经此存入储能装置25，提高了太阳能模块20效率。甚至在承接的负载26如太阳能庭园灯或太阳能警示或交通号志，也可利用太阳能电池组21侦测黑夜来临，使系统进入放电状态点亮LED或灯泡等负载。另外，环境亮度的侦测，亦可利用光敏装置执行。
第二种运作模式(如图5所示)太阳能电池组21于太阳光照射产生电能后，充电至超电容22，此时不论光照强弱所产生的各种强度的电流均因超电容22的低内阻而加以收集，待超电容22充饱后再经充电控制电路23、升压泵电路24充电至储能装置25。而对于储能装置25而言，此充电是一种脉冲式充电。不仅完全不受不稳定的太阳能变化，更因脉冲式充电而提升充电效率，使太阳能系统吸收光能效率大为提高。同样的，该储能装置25亦针对不同太阳能产品而放电于不同的负载26。
综上所述，本实用新型解决日照因地形、气候、阴影与环境变化，致使太阳能不稳定能源输入与小电能无法储存转为电能的问题，提升太阳能的光电转换效率，提高太阳能装置吸能效果，使应用范畴更为广泛、稳定，有助于推广无公害污染且干净的能源应用于日常生活。
以上所述仅为用以解释本实用新型的较佳实施例，凡具有相同的实用新型思想所作的有关本实用新型的任何修饰或变更，皆仍应包括在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种使用高功率超高容量电容器的太阳能模块，包括一太阳能电池组，为光能与电能转换组件；一超电容，收集太阳能电池组所转换的电能，并于太阳能电池组转换效能低或无法转换时，将储存的电能释放至储能装置；一升压泵电路，用以提升超电容电压以对储能装置充电；；一控制电路，与升压泵并接，用以控制太阳能电池组在强日照下将电能存入储能装置；一储能装置，储存电能及供应给负载运作的主要电源；其特征在于该超电容与升压泵电路并联于太阳能电池组与储能装置间，以提升光照强度较弱所产生的微弱电压。
2.如权利要求1所述的使用高功率超高容量电容器的太阳能模块，其特征在于该负载为中小功率需求的装置，如LED、灯泡、随身电器装置等。
3.如权利要求1所述的使用高功率超高容量电容器的太阳能模块，其特征在于该控制电路包括定电流的充电控制、高效率充电控制或具最大功率点追踪系统的充电控制器。
4.如权利要求1所述的使用高功率超高容量电容器的太阳能模块，其特征在于该高功率超电容为具有高能量与高功率密度的金电容或大电容量的铝电解电容器。
5.如权利要求1所述的使用高功率超高容量电容器的太阳能模块，其特征在于该高功率超电容为瞬间高功率释放型的超电容，具低内阻、高功率密度的特征。
6.如权利要求1所述的使用高功率超高容量电容器的太阳能模块，其特征在于该升压泵电路为低功率脉冲式升压电路。
7.如权利要求1所述的使用高功率超高容量电容器的太阳能模块，其特征在于该升压泵电路为电荷泵升压电路。
专利摘要本实用新型公开了一种使用高功率超高容量电容器的太阳能模块，主要于太阳能电池组与储能装置间并联一个大功率超电容与升压泵电路，借此提升光照强度较弱所产生的微弱电压，解决日照因地形、气候、阴影与环境变化，致使太阳能不稳定能源输入与小电能无法储存转为电能的问题。
文档编号H02J7/35GK2882082SQ20052013350
公开日2007年3月21日 申请日期2005年11月23日 优先权日2005年11月23日
发明者孙实钧 申请人:孙民兴