专利名称：高增益高容量光电转换装置的制作方法
技术领域：
高增益高容量光电转换装置
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能模块，特别是能增益太阳能光电转换 效率，提高太阳能装置吸能效果的高增益高容量光电转换装置。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 无法弭补的生态浩劫，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。由于半导体与发光二极管(LED)技术的日益成熟，太
阳能应用更是如虎添翼，广泛应用于低功率电子产品与太阳能发电。 一般己知的低功率太阳能产品是由充电部份与放电部份所组成， 通过太阳能电池将电能储存至电池而构成充电部份，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，太阳能电池应用于发光二极管负载线路(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 或发光二极管)组成。太阳能电池10经光电转换产生电能，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
是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
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。
清晨与黄昏之际因入射光线不足，太阳能电池所产上生的电压(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
了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，此大容量电容为能量释放型 的高功率超高容量电容器，具有法拉级的电容量。其等效串联电阻
(ESR)虽低于电池，但仍然有数欧姆至数十欧姆，对于太阳能能源的 吸能困窘，无太大帮助。能量释放型高功率超高容量电容器的电容量 如太小，则等效串联电阻太大，能量都在转换之间以热能消耗；但电 容量太大，则又许多能量存于高功率超高容量电容器内，以自我放电 逸失无法利用。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服上述现有技术中所存在的 缺陷，即解决日照因地形、气候、阴影与环境变化，致使太阳能不稳 定能源输入以及小电能无法储存转为电能的问题，而提供高增益高容 量光电转换装置。
本实用新型技术方案包括
一组太阳能电池，该太阳能电池是光能与电能转换组件； 一个高功率超高容量电容器，该电容器并接在太阳能电池两端，
收集太阳能电池所转换的电能，并于太阳能电池转换效能低或无法转
换时，将储存的电能释放至储能装置；
一个升压电路，该升压电路与控制电路并接，其一端与太阳能电
池和高功率超高容量电容器的一公共端相连接，另一端与储能装置的
一端相连接，提升电容器电压以对储能装置充电；
一个控制电路，该控制电路与升压电路并接，其一端与太阳能电 池和高功率超高容量电容器的一公共端相连接，另一端与储能装置的
一端相连接，控制太阳能电池在强日照下将电能存入储能装置；
一个储能装置，该储能装置一端与控制电路和升压电路的公共端 相连接，另一端与太阳能电池和高功率超高容量电容器的另一公共端 相连接，用以储存电能及供应给负载运作的主要电源。
本实用新型由于采用了上述结构方案，在日照充足时，太阳能电 池稳定而充裕的同时对高功率超高容量电容器、储能装置充电及提供 负载所需的电能；当日照不足，太阳能电池所产生电能经很低内阻的 高功率超高容量电容器经升压电路储能至储能装置，使传统太阳能电 路模块视为无法利用的小电能经此存入，提高了太阳能模块效率。
另外不论光照的强弱，太阳能电池所产生的电能都储入低内阻高 功率的高功率超高容量电容器，待高功率超高容量电容器充饱后再经 升压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、输入电压震荡、充电效率低等负面因素。
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12 —充电电池
21 —太阳能电池 24—升压电路
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。 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是为己知太阳能模块光电转换装置的电路方框示意图； 图2是为本实用新型的电路方框示意图； 图3是为图2的基本线路图。 图中各序号分别表示为 IO —太阳能电池 13 —负载
22 —高功率超高容量电容器 25—储能装置具体实施方式
以下结合实施例以及附图对本实用新型作进一步的描述。 请同时参阅图2及图3，本实用新型光电转换装置20包括。 一组太阳能电池21，该太阳能电池是光能与电能转换组件。 一个高功率超高容量电容器22，该电容器22并接在太阳能电池 21两端，收集太阳能电池21所转换的电能，并于太阳能电池21转换 效能低或无法转换时，将储存的电能释放至储能装置25。
本实用新型所述的高功率高功率超高容量电容器22,是具有高能 量与高功率密度的金电容或大电容量的铝电解电容器，或是具有低内 阻、高功率密度的瞬间高功率释放型的电容器。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
ll一充电控制器 20 —光电转换装置 23—控制电路 26 —负载
分瞬间功率型与能量释放型高功率超高容量电容器，能量释放型可拥 有数千法拉高电容可作为电池用途，而瞬间功率型高功率超高容量电
容器的电容量在毫法拉(mF)与数法拉之间，具瞬间电流大输出输出特 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，该高功率高功率超高容量电容器22是用来作用无法输入 储能装置25的电流电能。
一个控制电路23，该控制电路23与升压电路24并接，其一端与 太阳能电池21和高功率超高容量电容器22的一公共端相连接，另一 端与储能装置25的一端相连接，控制太阳能电池21在强日照下将电 能存入储能装置25。本实用新型并无限定控制电路23的形式，其中包 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，可视成品价位与需求设计决定，本实用新型为求简易说明， 是以一二极管作定电流的简单控制(如图3所示)。
一个升压电路24，该升压电路24与控制电路23并接，其一端与 太阳能电池21和高功率超高容量电容器22的一公共端相连接，另一 端与储能装置25的一端相连接，用以提升高功率超高容量电容器22 电压。该升压电路24是为一种低功率脉充式升压电路，增进充电效率。 该升压电路24可以是变压器、电荷泵等皆具脉充式升压作用升压电路。 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。
一个储能装置25，该储能装置25 —端与控制电路23和升压电路 24的公共端相连接，另一端与太阳能电池21和高功率超高容量电容器 22的另一公共端相连接，用以储存电能及供应给负载26运作的主要电 源。该储能装置25包括至少一个可重复充电式充电电池，可依负载、 尺寸与成本要求，决定充电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，镍镉存在有污染问题，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，是由储能装置25供应电能运作，较常应用的商品为太 阳能发光二极管灯，包含了庭园灯、指示灯、警示灯、号志灯、猫眼 等，都是供应发光二极管照明或指示为主。以发光色彩来说，黄光、 红光发光二极管的驱动电压为2 3V，而蓝光与白光发光二极管则为 3 4V，所衔接的发光二极管数量愈多，所需电流愈多，相对的能量损 耗愈快。除了前述以发光二极管为负载外，本实用新型的光电转换装 置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。
以下简述本实用新型工作原理及运作模式
本实用新型一种工作原理及运作模式是太阳能电池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21 所需的面积及电压。太阳能电池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21稳定而充裕的提供储能 装置25能量。当日照不足，太阳能电池21所产生电能经很低内阻的 高功率超高容量电容器22经升压电路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，提高了光电转换装置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与交通号志，也可 利用太阳能电池21侦测黑夜来临，使系统进入放电状态点亮发光二极
管或灯炮等负载。另外，环境亮度的侦测，亦可利用光敏装置执行。
本实用新型另一种工作原理及运作模式是太阳能电池21于太阳 光照射产生电能后，充电至高功率超高容量电容器22，此时不论光照
强弱所产生的各种强度的电流均因高功率超高容量电容器22的低内阻 而加以收集，待高功率超高容量电容器22充饱后再经充电控制电路 23、升压电路24充电至储能装置25。而对于储能装置25而言，此时 充电是一种脉充式充电，不仅完全不受不稳定的太阳能变化，更因脉 充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。
权利要求1、一种高增益高容量光电转换装置，包括一组太阳能电池，该太阳能电池是光能与电能转换组件；一个高功率超高容量电容器，该电容器并接在太阳能电池两端，收集太阳能电池所转换的电能，并于太阳能电池转换效能低或无法转换时，将储存的电能释放至储能装置；一个升压电路，该升压电路与控制电路并接，其一端与太阳能电池和高功率超高容量电容器的一公共端相连接，另一端与储能装置的一端相连接，提升电容器电压以对储能装置充电；一个控制电路，该控制电路与升压电路并接，其一端与太阳能电池和高功率超高容量电容器的一公共端相连接，另一端与储能装置的一端相连接，控制太阳能电池在强日照下将电能存入储能装置；一个储能装置，该储能装置一端与控制电路和升压电路的公共端相连接，另一端与太阳能电池和高功率超高容量电容器的另一公共端相连接，用以储存电能及供应给负载运作的主要电源。
2、 根据权利要求1所述的高增益高容量光电转换装置，其特征 在于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。
3、 根据权利要求1所述的高增益高容量光电转换装置，其特征 在于其中该高功率超高容量电容器是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。
4、 根据权利要求1所述的高增益高容量光电转换装置，其特征 在于其中该高功率超高容量电容器为具有低内阻、高功率密度的瞬间高功率释放型的电容器。
5、 根据权利要求1所述的高增益高容量光电转换装置，其特征在于其中该升压电路是低功率脉充式升压电路。
6、 根据权利要求5所述的高增益高容量光电转换装置，其特征 在于其中该升压电路是变压器。
7、 根据权利要求5所述的高增益高容量光电转换装置，其特征 在于其中该升压电路是电荷泵升压电路。
8、 根据权利要求5所述的高增益高容量光电转换装置，其特征在于其中该升压电路是回馈式或驰返式升压电路。
9、 根据权利要求1所述的高增益高容量光电转换装置，其特征 在于其中该储能装置是包括至少一个可重复充电式充电电池。
10、 根据权利要求9所述的高增益高容量光电转换装置，其特征 在于其中该储能装置是镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、锂高分
专利摘要一种高增益高容量光电转换装置，包括一太阳能电池；一高功率超高容量电容器并接在太阳能电池两端；一升压电路与控制电路并接后其一端与太阳能电池和电容器的一公共端相连接，另一端与储能装置的一端相连接；一控制电路与升压电路并接后其一端与太阳能电池和电容器的一公共端相连接，另一端与储能装置的一端相连接；一储能装置的一端与控制电路和升压电路的公共端相连接，另一端与太阳能电池和电容器的另一公共端相连接。本实用新型解决日照因环境变化，致使太阳能不稳定输入与小电能无法储存转为电能的问题，提升了太阳能光电转换效率，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。
文档编号H02J15/00GK201004564SQ200620049328
公开日2008年1月9日 申请日期2006年12月21日 优先权日2006年12月21日
发明者晟 张, 李春林, 勇 陈 申请人:上海云霆电子科技有限公司