专利名称：太阳能电源系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电源系统，特别涉及一种可储存由太阳能所转换出能源的太阳能
电源系统。
背景技术：
能源的快速消耗，已使得能源短缺的问题逐渐受到重视，且人们为了得到所需的能源，使得能源不断的被过度开发，且能源在产生过程中所排放出的废气，也已对地球的生态产生一定影响。故近年来，随着环保意识的抬头，绿色能源的发展已逐渐受到重视及采纳。而在绿色能源中，太阳能是属于其中一种的再生能源，也是最受瞩目且被广泛发展与应用的技术。 而以现有的太阳能技术的应用而言，主要是通过太阳能电池(solar cell)来接收外界的一光源(如太阳光)，并将此光源转换成电能输出供一负载使用，或者是将太阳能电池所转换出电能先储存于一二次电池，而当负载需使用电源时则从二次电池中所储存的电能取得电源供应来源。 而目前供太阳能电池使用的二次电池主要是以蓄电池为主，蓄电池是利用化学产生变化来储蓄电能，而要使用时便将电能释放成化学物质的变化。另外蓄电池虽然可重复使用，但还是有其寿命的限制，因为在多次充放电或长时间不使用的情况下，蓄电池的容量会下降，且容易损坏，其原因在于蓄电池是利用化学能转换为电能，化学物质要常保其活性，才不至于失效变质，当原来的化合物活性都作用完或将近用完时，便无法再进行新的化学反应，进而导致蓄电池老化而宣告寿终。 此外，一般的蓄电池并无法提供等量的容量来储存电能，因而必须增加充放电的次数，进而导致蓄电池的使用寿命很快降低。若是利用多颗蓄电池来储存电能，却仍会导致有需要频繁充电或更换蓄电电池的不便，并又造成充电电路的结构复杂、占据空间过于庞大、成本昂贵等现象，故基于前述分析，目前太阳能电池在储存电量时普遍存在着前述问题，而有待加以改善。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，在于提供一种太阳能电源系统，其可提供一种体积小又具有高能量储存密度，且可不受充放电限制、并以电位能形式储存能量的能量储存组件来储存电能，以解决现有技术所遭遇的问题。 为了解决上述技术问题，根据本发明的一种方案，提供一种太阳能电源系统，包括一太阳能电池、一蓄电单元及一导通组件，其中太阳能电池是用来接收光能并转换电能输出；蓄电单元耦接于太阳能电池，并以电位能形式储存太阳能电池输出的电能，导通组件是耦接于太阳能电池与蓄电单元之间，并使得太阳能电池输出的电能能传输至蓄电单元。
为了解决上述技术问题，根据本发明的另一种方案，提供一种太阳能电源系统，包括多个光电储能单元，且每一个光电储能单元包括一太阳能电池、一蓄电单元及一导通组件，其中太阳能电池是用来接收光能并转换电能输出；而蓄电单元耦接于太阳能电池，并以 电位能形式储存能量储存太阳能电池输出的电能，导通组件是耦接于太阳能电池与蓄电单 元之间，并使得太阳能电池输出的电能传输至蓄电单元，而这些蓄电单元彼此之间以并联 方式相耦接。 在本发明的实施例中，其中蓄电单元具有至少一磁性电容，而磁性电容包括一第 一磁性电极、一第二磁性电极及一介电层，其中介电层是设置于第一磁性电极与第二磁性 电极之间，且介电层是用以储存电能，以及第一磁性电极与第二磁性电极是分别具有多个 磁偶极以避免储存于介电层中的电能漏电。 因此通过上述实施方式，本发明是以磁性电容来储存太阳能电池所产生的电能， 并通过磁性电容本身的特性，使得太阳能电源系统可以不占用太多空间即可储存大容量的 电量，且同时可提供稳定电能供负载使用等优点。 以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1为本发明实施例的一太阳能电源系统的功能方块图;
图2为本发明另一实施例蓄电单元的示意图；图3为本发明实施例的一磁性电容的示意图4为本发明另一实施例的一磁性电容的示意图；以及图5为将磁性电容与其它能量储存媒介作比较的示意图。
其中，附图标记l太阳能电源系统io光电储能单元ioi太阳能电池103导通组件105、105A蓄电单元
12电能转换单元14切换开关16负载2磁性电容20介电层22第一磁性电极24第二磁性电极26、28磁偶极3磁性电容30介电层31、33磁偶极32第一磁性电极320第一隔离层322第一磁性层324第二磁性层34第二磁性电极340第二隔离层342第三磁性层344第四磁性层
35、36磁偶极
具体实施例方式
本发明提供一种太阳能电源系统，其通过一种具备寿命长(高充放电次数)、高能 量储存密度、瞬间高功率输出及快速充放电、且体积小的能量储存组件来储存太阳能，而此 能量储存组件为磁性电容(magnetic capacitor)，此磁性电容是由上、下电极处形成的磁 场，来抑制漏电流，以达大幅提升能量储存密度及具高功率输出的效果，且由于磁性电容并 非以化学能的方式储存电能，故具有不受充放电次数的限制。因为本发明中的磁性电容是 一种新颖的储能组件，且较现有的电池、电容、超级电容具有许多优点，因此以下先就本案 整体系统做一详细揭露，之后再对磁性电容单元作一介绍。 接下来请参阅图l，其为本发明实施例的一太阳能电源系统的功能方块图。本实 施例所述的太阳能电源系统1主要是将光能转换成电能加以储存还可以提供负载16使用。 太阳能电源系统1大体包括有多个光电储能单元10、一电能转换单元12及一切换开关14。 其中光电储能单元10是提供光能转电能的转换，且可将转换之后的电能加以储存。电能 转换单元12耦接于光电储能单元IO，其是将光电储能单元10储存的电能转换成可以供负 载16使用的电能，例如视负载16的用电需求可能是交流电源或直流电源，因此电能转换单 元12可以相对是直流/交流换流器如太阳光变频器(Photovoltaic Inverter,简称PV inverter)或是直流/直流转换器。切换开关14耦接于电能转换单元12、负载16与一供 电来源(power su卯ly source)之间，主要用来切换电能转换单元12或供电来源来与负载 16连接，而此供电来源可以是一交流电源(如市电)或是一直流电源(如电源转换器输出 提供的直流电源)，以使负载16可以从电能转换单元12或是供电来源取得电源供应。
本实施例的光电储能单元10是包括有一太阳能电池(solar cell) 101、一单向设 计的导通组件103及一蓄电单元105，其中导通组件103是耦接于太阳能电池101与蓄电单 元105之间，以使太阳能电池101将光能转换成的电能输出至蓄电单元105储存，以避免蓄 电单元105储存的电能逆流至太阳能电池101，而此导通组件103在此是以仅提供单向性 导通的二极管(diode)做举例说明。蓄电单元105中则是由至少一个磁性电容组成，本实 施例是以一个磁性电容作举例说明，但亦可以是如图2所示由多个磁性电容通过串联及并 联或混合串并联的网络连接方式来构成一蓄电单元105A，故对于本领域技术人员而言蓄电 单元105中磁性电容的数量是可以视需求(如视太阳能电池的规格或是负载端的需求电源 量)而构成。 本实施例的光电储能单元10是具有多个，而这些光电储能单元10之间是通过并 联方式连接。具体来说，本实施例是将各光电储能单元10中的蓄电单元105通过并联方式 相互耦接，以使各蓄电单元105所储存的电量可以通过此种连接关系而达到相互平衡，亦 即储存电量高的磁性电容可以向储存电量低的磁性电容充电，最后使得各蓄电单元105所 储存的电量呈现相等。故本实施例所提供多个的光电储能单元io可以通过分散设置的方 式来接收各角度或各位置的日光照射，以使各光电储能单元io可以尽可能充分接收日光 的光能而转换成电能储存，而让各蓄电单元105通过前述平衡的功能来充分储存各太阳能 电池101转换输出的电能，以使各蓄电单元105之间出现电量储存的相等。
接下来进一步说明本实施例所述的磁性电容的构成，并请参阅图3，其为本发明实
6施例的一磁性电容示意图。如图3所示磁性电容2 (magnetic capacitor)包括一介电层20、一第一磁性电极22及一第二磁性电极24，其中介电层20设置于第一磁性电极22与第二磁性电极24之间，以于在第一磁性电极22与第二磁性电极24处累积电荷以储存电位能，且第一磁性电极22与第二磁性电极24由具有磁性导电材料所构成，并可由对第一磁性电极22与第二磁性电极24外加电场进行磁化，而使第一磁性电极22与第二磁性电极24内分别形成磁偶极(magnetic dipole) 26、28，如此可以在磁性电容2中构成一磁场而来对带电粒子的移动造成影响，因此使得磁性电容2中的介电层20可以用来储存电能及由磁偶极26、28形成的磁场来避免电能漏电。 前述第一磁性电极22与第二磁性电极24的材质可以为稀土元素，介电层20由氧化钛(Ti03)、氧化钡钛(BaTi03)或一半导体层，例如氧化硅(silicon oxide)所构成，然而本发明并不限于此，第一磁性电极22、第二磁性电极24与介电层20均可视产品的需求而选用适当的其它材料。另外图3中第一磁性电极22与第二磁性电极24中的箭头用来表示磁偶极26、28，磁偶极26、28实际上由多个整齐排列的微小磁偶极所叠加成，然而对于本领域技术人员而言，本实施例对于磁偶极26、28的形成方向并无限定，如可以指向同一方向或不同方向。 根据前述说明，前述图3所示的磁性电容2，其原理主要是利用第一磁性电极22与第二磁性电极24中整齐排列的磁偶极26、28来形成磁场，以使得介电层20中储存的电荷朝同一 自旋方向转动，而进行整齐且紧密的排列，因此在介电层20中即可以容纳更多的电荷，进而增加磁性电容2的电能储存密度。由于现有电容中，电容值C由电容的面积A、介电层的介质常数e。、及厚度d决定，如下公式(一)，因此模拟于现有电容，本实施例的磁性电容2相当于由磁场的作用来改变介电层的介电常数，故而造成电容值的大幅提升。 C = 」
.........公式(一) 在此要特别强调，本实施例的磁性电容2储存的能量全部以电位能的方式进行储存，相较于主要以化学能储存的其它能量储存媒介(例如传统电池或超级电容)，本实施例所述的磁性电容2除了具有可匹配的能量储存密度外，更因充分保有电容的特性，而具有寿命长(高充放电次数)、无记忆效应、可进行高功率输出、快速充放电等特点，故可有效解决当前电池所遇到的各种问题。且由于现有储能组件多半以化学能的方式进行储存，因此都需要有一定的尺寸，否则往往会造成效率的大幅下降。相较于此，本实施例的磁性电容2以电位能的方式进行储存，且因所使用的材料可适用于半导体制造工艺，故可由适当的半导体制造工艺来形成磁性电容2以及周边电路连接，进而縮小磁性电容2的体积与重量，由于此制作方法可使用一般半导体制造工艺，其应为本领域技术人员所熟知，故在此不予赘述。 请参阅图4，其为本发明另一实施例的一磁性电容的示意图。磁性电容3包括一介电层30、一第一磁性电极32与一第二磁性电极34，其中介电层30设置于第一磁性电极32与第二磁性电极34之间。第一磁性电极32还包括有一第一隔离层320、一第一磁性层322及一第二磁性层324，第一隔离层320是设置于第一磁性层322与第二磁性层324之间。第二磁性电极34还包括一第二隔离层340、一第三磁性层342及一第四磁性层344，第二隔离层340是设置于第三磁性层342与第四磁性层344之间。第一隔离层320与第二隔离层 340均是由非磁性材料所构成。 图4所示的磁性电容3的操作原理系与图3所示的磁性电容2相同， 一样是通过外 加电场于第一磁性层322、第二磁性层324、第三磁性层342与第四磁性层344，而使第一磁 性层322、第二磁性层324、第三磁性层342与第四磁性层344中分别形成磁偶极(magnetic dipole)31、33、35、36。因此磁性电容3在磁化过程中，可以由不同的外加电场，例如使第一 磁性层322与第二磁性层324中的磁偶极31、33分别具有不同的方向，以及使第三磁性层 342与第四磁性层344中的磁偶极35、36分别具有不同的方向，如此能进一步抑制磁性电 容3的漏电流。同样本实施例对于磁偶极31、33、35、36的形成方向并无限定，如可以指向 同一方向或不同方向。 在此特别强调，前述的第一磁性电极32及第二磁性电极34的结构并不限于前述 的三层结构，而可以类似的方式，以多个磁性层与非磁性层不断交错堆栈，再由各磁性层内 磁偶极方向的调整来进一步抑制磁性电容3的漏电流，以达到几乎无漏电流的效果。
再者为了更突显本发明所述的磁性电容具有高能量储存密度的技术特点，请 参阅图5所示，其主要是将磁性电容与其它能量储存媒介的作比较，从图5中可以清 楚得知磁性电容相对于一般电容(Capacitors)、电化学超级电容(electrochemical superc即acitors)、电池(Batteries)、燃料电池(fuel cells)是具有较佳的能量储存密 度，并由此磁性电容的技术特点，而得以让蓄电单元105可以具有高功率输出、快速充放 电、不具充放电次数限制、体积小、重量轻的技术效果。 再参阅图l，太阳能电源系统1的动作方式系通过各光电储能单元10中的太阳能 电池101来吸收白天的日光照射，并将光能转换成电能输出至对应的蓄电单元105进行电 能储存。而当各蓄电单元105储存电能已饱合时，则可通过控制切换开关14的切换方向， 例如于当夜间无日光时即可控制此切换开关14将电能转换单元12输出的电能提供给负载 16使用，因此负载16即可通过此架构来接收太阳能所转换输出的电能使用，以达到节约能 源的效果。而若各蓄电单元105的储存电能经过一段时间输出给负载16使用而耗尽时，则 可再通过切换开关14的控制，使负载16直接接收供电来源(例如市电)，而使得光能储 能单元10于白天时可以再次接收日光照射，以进行光能转电能的能量储存的动作，所以由 重复上述动作的执行，即可达到光电储能单元10不断储能，以提供负载16所需的不同于市 电的另一种电源。 此外需要说明的是，本实施例虽然提供有电能转换单元12，但若负载16所需的电
源属于直流电源，且若蓄电单元105所储存的电能规格是符合负载16所需，则蓄电单元105
所输出的电能可以不通过电能转换单元12的处理而直接提供给负载16使用。 另，本实施例提供的光能转换单元10的数量虽然是以多个作举例说明，但亦可以
仅设计一个来提供负载所需的电能。 故通过上述说明，当可知悉本发明提供的太阳能电源系统1具有体积小的技术特 点，且可在有日光时进行充电以及无日光时进行放电的动作，以增加产品的功能性。另外， 由于蓄电单元105使用的组件可通过半导体制造工艺实现，故使得太阳能电源系统1得以 模块化整合的方式来完成，故对于太阳能电源系统1在安装及使用上将更具弹性及便利， 且可广泛运用于各种需要使用电能场合中。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟 悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变 形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
一种太阳能电源系统，其特征在于，包括一太阳能电池，用以接收光能并转换电能输出；一蓄电单元，耦接于该太阳能电池，并以电位能形式储存该太阳能电池输出的电能；以及一导通组件，耦接于该太阳能电池与该蓄电单元之间，使该太阳能电池输出的电能传输至该蓄电单元。
2. 根据权利要求1所述的太阳能电源系统，其特征在于，其中该蓄电单元包含有至少一磁性电容，且各该磁性电容以串联或并联或串并联地耦接。
3. 根据权利要求2所述的太阳能电源系统，其特征在于，其中该磁性电容包括一第一磁性电极；一第二磁性电极；以及一介电层，设置于该第一磁性电极与该第二磁性电极之间；其中该介电层用以储存电能，以及该第一磁性电极与该第二磁性电极分别具有多个磁偶极以避免储存于该介电层中的电能漏电。
4. 根据权利要求3所述的太阳能电源系统，其特征在于，其中该第一磁性电极包括一第一磁性层；一第二磁性层；以及一第一隔离层，包含有非磁性材料，设置于该第一磁性层与该第二磁性层之间；以及其中该第二磁性电极包括一第三磁性层；一第四磁性层；以及一第二隔离层，包含有非磁性材料，设置于该第三磁性层与该第四磁性层之间。
5. 根据权利要求1所述的太阳能电源系统，其特征在于，其中该导通组件为单向性导通组件。
6. 根据权利要求5所述的太阳能电源系统，其特征在于，其中该导通组件为二极管。
7. 根据权利要求1所述的太阳能电源系统，其特征在于，还进一步包括一电能转换单元，耦接于该蓄电单元，用以对该蓄电单元所储存的电能进行转换以供一负载使用。
8. 根据权利要求7所述的太阳能电源系统，其特征在于，其中该电能转换单元为一直流/交流换流器。
9. 根据权利要求8所述的太阳能电源系统，其特征在于，其中该直流/交流换流器为太阳光变频器。
10. 根据权利要求7所述的太阳能电源系统，其特征在于，其中该电能转换单元为一直流/直流转换器。
11. 根据权利要求7所述的太阳能电源系统，其特征在于，还进一步包括一切换开关，用以切换一供电来源与该电能转换单元的其中之一与该负载耦接。
12. —种太阳能电源系统，其特征在于，包括多个光电储能单元，且其中该光电储能单元包括一太阳能电池，用以接收光能并转换电能输出；一蓄电单元，耦接于该太阳能电池，并以电位能形式储存该太阳能电池输出的电能；以及一导通组件，耦接于该太阳能电池与该蓄电单元之间，使该太阳能电池输出的电能传输至该蓄电单元；其中该些蓄电单元之间以并联方式相耦接。
13. 根据权利要求12所述的太阳能电源系统，其特征在于，其中该蓄电单元包含有至少一磁性电容，且各该磁性电容以串联或并联或串并联地耦接。
14. 根据权利要求13所述的太阳能电源系统，其特征在于，其中该磁性电容包括一第一磁性电极；一第二磁性电极；以及一介电层，设置于该第一磁性电极与该第二磁性电极之间；其中该介电层用以储存电能，以及该第一磁性电极与该第二磁性电极分别具有多个磁偶极以避免储存于该介电层中的电能漏电。
15. 根据权利要求14所述的太阳能电源系统，其特征在于，其中该第一磁性电极包括一第一磁性层；一第二磁性层；以及一第一隔离层，包含有非磁性材料，设置于该第一磁性层与该第二磁性层之间；以及其中该第二磁性电极包括一第三磁性层；一第四磁性层；以及一第二隔离层，包含有非磁性材料，设置于该第三磁性层与该第四磁性层之间。
全文摘要
一种太阳能电源系统包括有一太阳能电池、一蓄电单元及一导通组件。太阳能电池用以将光能转换成电能并通过单向设计的导通组件输出给蓄电单元储存；而蓄电单元是具有至少一磁性电容且用以储存该太阳能电池输出的电能。为此太阳能电源系统可以不占用太多空间即可储存大容量的电量。
文档编号H02J15/00GK101728844SQ20081017111
公开日2010年6月9日 申请日期2008年10月15日 优先权日2008年10月15日
发明者许跃腾 申请人:光宝科技股份有限公司