一种采用柔性光伏发电材料的无源调压折叠充电包的制作方法

本实用新型涉及柔性光伏发电材料在移动便携发电应用技术领域，尤其涉及一种采用柔性光伏发电材料的无源调压折叠充电包。

背景技术：

随着新能源利用技术的不断发展，太阳能发电技术日趋成熟，便携、高效、灵活便捷是太阳能发电在移动发电应用的主要特点。目前，移动新能源领域已初步尝试太阳能发电应用，如为移动数码产品、手持设备充电，但限于产品功率较小、体积较大、质量较重、输出电源单一，并未广泛应用。

目前，光伏太阳能发电材料主要有晶硅、非晶硅、柔性等材料，由于材料特点及封装工艺的不同，晶硅材料和大部分非晶硅材料制成的光伏电池芯片难以弯曲、折叠效果不佳、弱光条件发电不佳，且附加的封装材料笨重、弯折寿命差。

现有的太阳能便携充电产品，一般仅提供单一规格充电接口，电压不能调节，只能为一种设备进行充电，非常不灵活。有少数产品采用电压调理电路进行电压转化，但是因电路自身的能源消耗及DC/DC电路转化效率不高，导致整体充电效率降低，消耗了本来就不多的光伏发电。

综上，传统太阳能便携充电产品，材料不能弯折、质量大、输出电源规格单一、所采用有源调压电路功耗大、弱光条件发电效果差、封装材料弯折寿命差等的不利因素，导致太阳能便携发电产品使用效果不佳。因此材料的柔性、高效，封装的可靠、长寿，输出电压的灵活、低耗等问题是现有技术的瓶颈。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可弯曲、可折叠、封装可靠、无源调压的便携太阳能充电装置，解决传统太阳能便携发电产品携带不便、使用不便、易损坏等问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种采用柔性光伏发电材料的无源调压折叠充电包，其包括柔性光伏发电芯片，和无源调压电路；多个所述柔性光伏发电芯片组接形成固定电压输出的标准组串；所述无源调压电路使用无源开关对多个所述标准组串的串联、和/或并联级联形式进行调整，从而输出不同电压级别的电压源。

其中，所述多个所述柔性光伏发电芯片组接形成固定电压输出的标准组串，是指：多个所述柔性光伏发电芯片通过串联、和/或并联方式组接，同一种组接方式所形成的标准组串的输出电压固定，不同的组接方式所形成的标准组串的输出电压相同或不同。

其中，所述柔性光伏发电芯片为预封装的柔性光伏发电芯片；所述多个所述柔性光伏发电芯片通过串联、和/或并联方式组接时，是对预封装的柔性光伏发电芯片进行串联、和/或并联方式组接，再对所述预封装后的柔性光伏发电芯片进行二次封装。

其中，所述柔性光伏发电芯片包括柔性薄膜铜铟镓硒光伏发电芯片。

其中，所述预封装的柔性薄膜铜铟镓硒光伏发电芯片，采用超薄的不锈钢带作为衬底，其表面分别沉积背电极、铜铟镓硒薄膜、缓冲层、前电极。

其中，进行二次封装后的所述柔性薄膜铜铟镓硒光伏发电芯片，其结构自上至下依次为ETFE、EVA、阻水膜、DNP、柔性薄膜铜铟镓硒光伏发电芯片、DNP、阻水膜、EVA和防水布。

其中，采用2至5片所述柔性光伏发电芯片进行组接，形成“5V级”或“12V级”的可确定电压、电流、功率的标准组串。

其中，所述无源调压电路，通过使用所述无源开关对多个相同或不同的所述标准组串的级联形式进行调整，形成输出5V级、12V级、24V级、36V级等不同电压级别的电压源。

其中，所述柔性光伏发电芯片、及所述标准组串之间的级联线缆采用铜合金/银合金材料。

其中，所述柔性光伏发电芯片、及所述标准组串之间的级联线缆采用合金导流编织带。

本实用新型涉及一种采用柔性CIGS（铜铟镓硒）光伏材料、可弯曲折叠、具有无源段位调压功能太阳能折叠包产品，该产品可以应用于无市电场景下直流设备的充电、供电，如数码产品、便携装置、手持检测设备等。本实用新型可提高光伏发电产品的便携程度、经济高效地丰富了可支持电源接口的种类，改善了户外、无市电场景下直流用电设备的适用条件。

附图说明

图1是本实用新型实施例的采用柔性光伏发电材料的无源调压折叠充电包的示意图。

图2是本实用新型实施例的柔性光伏发电芯片组接形成标准组串的示意图。

图3是本实用新型实施例的柔性光伏发电芯片的封装示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型作进一步阐述。

本实用新型的采用柔性光伏发电材料的无源调压折叠充电包，最核心的特点是采用了无源段位调压的电路设计，参见图1和图2所示，本实用新型实施例的该无源调压折叠充电包，主要包括柔性光伏发电芯片，和无源调压电路。其中，多个柔性光伏发电芯片组接形成固定电压输出的标准组串；无源调压电路使用无源开关对多个所述标准组串的串联、和/或并联级联形式进行调整，从而输出不同电压级别的电压源。

进一步地，如图2所示，每个标准组串是由多个柔性光伏发电芯片组接形成，通过对柔性光伏发电芯片进行不同形式的串联、和/或并联连接，形成可确定电压、电流、功率的标准组串。即，多个柔性光伏发电芯片通过串联、和/或并联方式组接时，同一种组接方式所形成的标准组串的输出电压固定，不同的组接方式所形成的标准组串的输出电压（电流、功率）可以不同，也可以相同。

通过上述的无源段位调压的电路设计，不使用任何有功耗的电子元器件，完全避免了电压调节过程中的能量损失；且电路设计简单、可靠性高、抗干扰性好。

优选地，柔性光伏发电芯片采用预封装的柔性光伏发电芯片。预封装的柔性光伏发电芯片之间进行串联、和/或并联方式组接以后，再对其进行二次封装。

优选地，本实用新型采用的柔性光伏发电芯片为柔性薄膜铜铟镓硒（CIGS）光伏发电芯片。柔性CIGS铜铟镓硒材料，是一种最新型的太阳能材料，最大特点是芯片可弯曲、弱光发电效果好。并且，采用柔软的乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）等非金属材料对其进行封装后，可实现组件的柔性、弯曲、折叠的功能要求，封装工艺可靠性高，同时封装后组件总体质量极轻。

优选地，柔性光伏发电芯片产品内部及标准组串之间的级联线缆采用超低阻抗、耐弯折的合金导流编织带，进一步降低产品功耗，提高产品使用寿命。

以下将结合具体示例对本实用新型做进一步描述。

本示例是基于铜铟镓硒（CIGS）柔性太阳能发电材料、可折叠的封装技术、模块化级联无源段位调压电路设计综合实现的。

首先，本示例中，采用模块化级联无源调压电路进行设计。其中，根据柔性CIGS光伏发电芯片的电气性能，采用2~5片进行级联，形成“5V级”或“12V级”的常用电压等级的可确定电压、电流、功率的标准组串（相同电压、电流、功率）。通过无源调压电路进行段位式的电压调节，使用无源开关对多个标准组串进行级联形式调整，即，通过串、并联开关电路控制多个串的串并联关系，最终可形成输出5V级、12V级、24V级、36V级等不同电压级别的电压源。

无源调压电路采用机械联动开关，可同时改变多个开关的连通、断开状态关系，以达到：当多个标准组串串联时系统输出电压倍增，当多个标准组串并联时系统电流倍增，从而实现调压调流的功能。因开关不使用电路，故没有能源损耗。

其次，本示例中使用的柔性薄膜CIGS光伏芯片，采用柔性、可弯曲的铜铟镓硒（CIGS）作为光伏转换材料，具有良好的发电效率；因其具有较宽的光伏响应范围，可在清晨、傍晚、阴雨天等弱光照下条件下发电。

再者，本示例中，使用预封装过的柔性薄膜CIGS光伏发电芯片进行级联和二次封装。通过预封装光伏芯片进行串并级联的工艺设计，极大地降低了电气连接过程中产生缺陷的风险；二次封装的工艺设计，使原始芯片也在一定程度上得到了更好的保护，增加了最终产品的耐候性和使用寿命。

具体地，本示例中使用的预封装柔性薄膜CIGS光伏发电芯片，预封装工艺采用超薄的不锈钢带（厚度约30微米）作为衬底，在其面分别沉积背电极、CIGS薄膜、缓冲层、前电极等，最终生产出高效、柔性的CIGS电池芯片。

进一步地，在二次封装过程采用了优异的封装材料和先进的封装技术，保证光伏充电装置的可靠性及寿命。二次封装后的柔性光伏发电产品自上至下依次为ETFE、EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）、阻水膜、DNP（乙烯-辛烯共聚物）、ICI芯片、DNP、阻水膜、EVA和防水布。选择的ETFE封装材料具备抗紫外、高阻水等良好的耐候性；此外，前膜具备高透光性，防水布具备一定的机械强度，以保护电池片不受损伤。

此外，在二次封装过程中，产品内部的级联线缆为铜合金/银合金材料，该种材料具有低阻抗值、导电率优秀，尤其在低电压大电流电气应用时表现良好，降低能量在级联传导过程中的功耗。该种材料弹塑性优良，满足本实用新型可折叠、弯曲的应用要求，改善了产品的使用体验、提高了使用寿命。

综上，本实用新型基于铜铟镓硒（CIGS）柔性太阳能发电材料、可折叠的封装技术提供了一种发电可靠、封装可靠的发电单元；并通过模块化级联无源段位调压电路设计，改变标准发电芯片组的外部级联形式，实现产品输出电压的无源调节。

以上实施例仅用于对本实用新型进行具体说明，其并不对本实用新型的保护范围起到任何限定作用，本实用新型的保护范围由权利要求确定。根据本领域的公知技术和本实用新型所公开的技术方案，可以推导或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本实用新型的保护范围。