專利名稱：太陽能電池系統(tǒng)及利用該系統(tǒng)的間歇運(yùn)行裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池系統(tǒng)，利用取自太陽能電池的電能為負(fù)載供電，并涉及諸如廣告顯示器一類的間歇運(yùn)行裝置，使人們對特價(jià)銷售的商品引起注意。
利用太陽能電池的傳統(tǒng)裝置包括較小的如電子計(jì)算器、時鐘和類似由太陽能電池供電的裝置，以及較大的如自動抽水澆地的泵、大的廣告塔等類似裝置。
然而，此類傳統(tǒng)裝置存在以下一些缺陷它特別要求由太陽能電池供電的電子計(jì)算器、時鐘和類似裝置做得小而輕巧。這樣，裝在這些裝置中的太陽能電池就很小。因此，連接到這些小型太陽能電池的負(fù)載只能局限于耗電很小的器件，諸如液晶顯示器。
另一方面，較大的泵和廣告塔需耗用大量的電能。因此，這類裝置需要很大的太陽能電池來解決功耗。
本發(fā)明已經(jīng)考慮到上述現(xiàn)有技術(shù)，其目的是提供一種能從小型太陽能電池取得大量電能的太陽能電池系統(tǒng)，以及采用該太陽能電池系統(tǒng)的間歇運(yùn)行裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過一個太陽能電池系統(tǒng)把太陽能電池的電能供給負(fù)載供電，實(shí)現(xiàn)了上述目的，它包括將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿奶柲茈姵?；用以存儲取自太陽能電池之電能的雙層電容器；以及放電控制器，用以在預(yù)定周期內(nèi)使雙層電容器向負(fù)載間歇放電，同時向雙層電容器充電，并使放電時期短于充電時期，而向負(fù)載放電的電流則大于加到雙層電容器上的充電電流。
當(dāng)雙層電容器向負(fù)載釋放由太陽能電池所充的電能時，充電控制器在預(yù)定的周期內(nèi)間歇地施加電能，這樣，放電時期短于充電時期，而放電電流大于充電電流。充電電能(充電時間×充電電流)與放電電能(放電時間×放電電流)相等。因此，縮短放電時間可以增加釋放的電流。增加的能量可以在間歇運(yùn)行的每個周期內(nèi)加到負(fù)載上。
由于放電控制器控制放電時間短于充電時間，故可以從小型太陽能電池取得大量的電能。這樣，小型太陽能電池就能夠驅(qū)動大負(fù)載了。
最好，太陽能電池由非晶硅制成。
與多晶硅制成的太陽能電池比較，由非晶硅制成的太陽能電池能有效地吸收短波長光能。因此，雙層電容器可以有效地由室內(nèi)光，諸如熒光燈充電。
本發(fā)明的太陽能電池系統(tǒng)最好包括一串接于太陽能電池與雙層電容器之間的反向電流阻止二極管。
例如在多云天氣，太陽能電池的電動勢可以小于雙層電容器兩端的電壓。此時，二極管可以阻止反向電流從雙層電容器流向太陽能電池。這樣，充電電能可以無浪費(fèi)地加到負(fù)載上。
反向電流阻止二極管最好包括一個肖特基二極管。
普通二極管的正向電壓〔VF〕高達(dá)0.6V，而肖特基二極管的正向電壓為0.3V數(shù)量級，抑制了由太陽能電池所產(chǎn)生的電壓的下降。這樣，由太陽能電池所產(chǎn)生的電能可以無浪費(fèi)地加到雙層電容器上。
最好將一個電壓控制電路連接在太陽能電池與雙層電容器之間，以控制太陽能電池的輸出電壓不超過雙層電容器的最大額定電壓。
例如，當(dāng)陽光比預(yù)期的更強(qiáng)時，太陽能電池陣列兩端產(chǎn)生的電壓可能超過雙層電容器的最大額定電壓。而電壓控制電路控制所加的電壓不超過該最大額定電壓，由此保護(hù)了雙層電容器。這一特征允許系統(tǒng)即使在強(qiáng)烈的陽光條件下也能使用。
最好，電能釋放時建立的T1/T大致為1％，其中T為每一個預(yù)定周期，T1為每個預(yù)定周期內(nèi)的負(fù)載驅(qū)動時間(放電時間)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用以間歇驅(qū)動負(fù)載的間歇運(yùn)行裝置，它包括用以將光能轉(zhuǎn)換為電能的太陽能電池；用以儲存取自太陽能電池之電能的雙層電容器；由雙層電容器供電驅(qū)動的輸出部件；以及放電控制器，用以使雙層電容器以預(yù)定的周期間歇地向輸出部件放電，同時向雙層電容器充電，使放電時期短于充電時期，使向輸出部件放電的電流大于加到雙層電容器上的充電電流。
當(dāng)雙層電容器向輸出部件放電時，充電控制器以預(yù)定的周期間歇地提供能量，由此使放電時期短于充電時間，并使放電電流大于充電電流。充電電能(充電時間×充電電流)與放電電能(放電時間×放電電流)相等。因此，縮短放電時間可以增加釋放的電流。這樣，在間歇運(yùn)行的每個周期內(nèi)，可以向輸出部件供應(yīng)更大的電能。
由于放電控制器把放電時間控制得短于充電時間，所以可以從小型太陽能電池取得大量電能。這樣，由本發(fā)明提供的間歇運(yùn)行裝置就可以驅(qū)動能耗較大的大型輸出部件。
最好，輸出部件包括一臺電動機(jī)。
輸出部件可以包括發(fā)光二極管。
輸出部件包括一發(fā)聲部件。
此外，輸出部件也可以是一個螺線管。
最好，電動機(jī)包括一個接到其旋轉(zhuǎn)軸上的可繞樞軸旋轉(zhuǎn)的部件，用以間歇地?cái)[動一個裝在外殼上可以擺動的擺動件，重物接在其底部，在常態(tài)下保持直立。
作為輸出部件的電動機(jī)通過放電控制器的間歇放電而被間歇地驅(qū)動。由于可繞樞軸旋轉(zhuǎn)的部件連接到電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上，所以電動機(jī)的間歇性旋轉(zhuǎn)擺動著裝在外殼上可擺動的擺動件。擺動件的間歇性擺動運(yùn)動可以引起顧容的注意。
另外，電動機(jī)可以包括從一個外殼向下延伸的旋轉(zhuǎn)軸，機(jī)殼則通過懸掛件從室內(nèi)燈具上懸掛下來，該旋轉(zhuǎn)軸在其底部接一塊廣告牌。
作為輸出部件的電動機(jī)通過放電控制器的間歇放電而被間歇地驅(qū)動。隨著電動機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的間歇性旋轉(zhuǎn)，接在其底部的廣告牌以水平方向旋轉(zhuǎn)。該裝置的外殼通過懸掛部件從室內(nèi)燈具上懸掛下來。這樣，可以把太陽能電池裝得靠近光源，以實(shí)現(xiàn)大量的輸出電流。這就允許太陽能電池減小面積，以減小整個裝置。此外，懸掛而間歇旋轉(zhuǎn)的廣告牌可以引起顧客的注意。
最好，該裝置中的太陽能電池由非晶硅制成。
為了說明本發(fā)明，以下示出較佳表示的幾張圖，然而本發(fā)明顯然并不局限于圖示那樣完全一致的安排和手段。


圖1是本發(fā)明第一個實(shí)施例的一個廣告顯示器的整體透視圖；圖2是太陽能電池系統(tǒng)的電路圖；圖3A和3B是一個放電控制器的電路圖；圖4A和4B是太陽能電池系統(tǒng)的工作時序圖；圖5是本發(fā)明第二個實(shí)施例的一個廣告顯示器的整體透視圖。
以下將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
圖1是本發(fā)明第一個實(shí)施例的一個廣告顯示器的整體透視圖。
圖1中，標(biāo)號1表示廣告顯示器，其大小大致像一個煙盒。廣告顯示器1有多個太陽能電池2(它通過光照產(chǎn)生電動勢)，這些太陽能電池按格子圖形設(shè)置在顯示器的頂背面，以提供所需的電能。廣告顯示器1在其頂前面有一開孔5。例如，把一個模擬熊的擺動件7裝在開孔5，由支承件7a可繞樞軸旋轉(zhuǎn)地予以支承。重物7b接在擺動件7的底部，以平衡擺動件7處于直立姿勢。擺動件7具有發(fā)光二極管7c，安裝在熊眼內(nèi)。廣告顯示器1的側(cè)面有一只電源開關(guān)11。把具有上述構(gòu)造的廣告顯示器1置于廉價(jià)商品附近，以喚起顧客的注意。
太陽能電池2最好由非晶硅制成。
擺動件7的發(fā)光二極管7c由以下將要描述的控制電路10點(diǎn)亮。此外，擺動件7以支承件7a為軸而旋轉(zhuǎn)，重物7b由電動機(jī)8a旋轉(zhuǎn)而驅(qū)動的樞軸部件8a推動。
接下來參照圖2。圖2是廣告顯示器1使用的一個太陽能電池系統(tǒng)的電路圖。
標(biāo)號2表示上述太陽能電池。當(dāng)太陽能電池陣列2由光照射時，在其兩端產(chǎn)生電壓VS，然后提供電流IS。太陽能電池2的正端通過二極管(用以阻止反向電流)20連接雙層電容器30的一端，并通過電源開關(guān)11連接到放電控制器40的電源線VCC。太陽能電池陣列2的負(fù)端連接到雙層電容器30的另一端，并連接到放電控制器40的接地線GND。反向電流阻止二極管20、雙層電容器30和放電控制器40構(gòu)成上述控制電路10。
當(dāng)光照射太陽能電池2時，該電路開始用電流IS實(shí)際向雙層電容器30充電，直至其兩端電壓VC等于電壓VS。這樣，雙層電容器30的最大額定電壓應(yīng)大于太陽能電池2的電壓VS。
最好，反向電流阻止二極管20例如包括一個肖特基二極管，它具有最小正向電壓，由此使太陽能電池2所產(chǎn)生的電壓VS盡可能維持得高些。
為了防止向雙層電容器30施加大于最大額定電壓的一個電壓，太陽能電池2的輸出電壓可以通過一個電壓控制電路加到雙層電容器30，該電壓控制電路用以把輸出電壓控制到不超過最大額定電壓。
對雙層電容器30的充電電流(最大充電電流)沒有限制。因此，不像Ni-Cd電池那樣需要一個復(fù)雜的充電電流控制電路，此特征簡化了控制電路。雙層電容器采用斷開型故障模式，用以增大串聯(lián)內(nèi)阻，它沒有曝裂或燒毀等危險(xiǎn)。
放電控制器40控制著加到連接于輸出線Uout與接地線GND之間的負(fù)載L的電流。負(fù)載L包括前述表示的電動機(jī)8和兩個發(fā)光二極管7c。兩個發(fā)光二極管7c的每一個通過限流電阻器R連接到放電控制器40的輸出線Vout和接地線GND。
太陽能電池2、控制電路10和雙層電容器30相當(dāng)于本發(fā)明的太陽能電池系統(tǒng)。發(fā)光二極管7c和電動機(jī)8相當(dāng)于輸出部件。
接下來參照圖3A，它表示放電控制器40的電路圖。放電控制器40包括一個非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器(它是自激型電路，用以提供方波輸出)，電流放大級電路以及電阻器R6。其中，非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器包括電阻器R1和R5、電容器C1、晶體管Tr2、電阻器R2和R3、電容器C2以及晶體管Tr1；電流放大級電路包括電阻器R4和晶體管Tr3，用以放大非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的輸出；電阻器R6用以限制提供給負(fù)載L的電流，后者連接到輸出端VOUT。放電控制器40并不局限于非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，它可以包括多種其它類方波輸出電路中的一種，只要它能周期性地驅(qū)動負(fù)載即可。例如，可以采用含有CMOS反相器的振蕩電路。
圖3B表示向上述構(gòu)成的放電控制器40的輸出線VOUT輸出一個方波的例子。圖3B中，參照號T表示該方波輸出的每個周期。參照號T1表示一個時期，其間電流放大級電路的晶體管Tr3處于導(dǎo)通狀態(tài)向負(fù)載L提供電流(負(fù)載驅(qū)動周期)。參照號T2表示另一個時期，其間電流放大級電路的晶體管Tr2處于非導(dǎo)通狀態(tài)，不向負(fù)載提供電流(負(fù)載非驅(qū)動周期)。顯然，負(fù)載驅(qū)動時期T1，負(fù)載非驅(qū)動時期T2和負(fù)載驅(qū)動周期T的近似值由下列等式求得
負(fù)載驅(qū)動時期T10.69C2R2負(fù)載非驅(qū)動時期T20.69C1R1負(fù)載驅(qū)動周期TT1＋T2在本實(shí)施例中，例如為放電控制器40設(shè)置常數(shù)，這樣，負(fù)載驅(qū)動時期T1即為周期T的(占空比K)1％。例如，假定負(fù)載驅(qū)動周期T為1秒(即充電時間)，這樣，負(fù)載驅(qū)動時期為0.01秒(＝K·T)，負(fù)載非驅(qū)動時期T2為0.99秒。這種在充電時間T(＝1秒)內(nèi)的瞬間充放電用諸如Ni-Cd電池之類的二次電池是不可能的。這只有采用能夠在短時間內(nèi)充放電的雙層電容器才可實(shí)現(xiàn)。該雙層電容器30通過電荷對活性炭的吸附/解吸完成充放電。它可以重復(fù)100,000次。這樣，廣告顯示器1就可以在很長的時期內(nèi)重復(fù)使用。此外，它不需要維護(hù)，不用電池，對環(huán)境不產(chǎn)生不利影響。
占空比K＝1％不是限制性的，該數(shù)值是可變的。該數(shù)值將根據(jù)負(fù)載和環(huán)境而決定。
充電特性(充電的電能)用下式表示，其中雙層電容器30具有容量C(F)，充電時間為T(秒)，充電電流Ii具有相對充電時間T的平均值Ii′。晶體管Tr1和Tr2的集電極電阻R3和R5可以設(shè)置成較大的值，使放電控制器40的耗用電流減到足夠小，與放電電流Io相比，可以忽略不計(jì)。
C·VS＝Ii′·T(1)放電特性(放電的電能)由下式表示C·VS＝Io·K·T(2)假設(shè)雙層電容器30的電容C和太陽能電池2的電壓VS不隨重復(fù)進(jìn)行的充放電變化，充電的電能則和放電的電能相等。這樣，由等式(1)和(2)可以得到以下等式Ii′·T＝Io·K·T∴Io＝Ii′/K (3)
將占空比K＝1％(0.01)代入等式(3)，Io＝100·Ii′。由此可見，可以供給負(fù)載L的電流(放電電流)Io是充電電流Ii平均值(Ii′)的100倍。充電電能(充電時間)×充電電流)與放電電能(放電時間×放電電流)相等。因此，通過縮短放電時間可以增大釋放的電流。盡管增大的電流(放電電流)是短時間的，但仍可以在間歇運(yùn)動的每個周期供給負(fù)載。
接下來參照圖4所示的時序圖。圖4A的時序圖表示雙層電容器30兩端的電壓VC。圖4B的時序圖表示雙層電容器30的充電電流Ii以及供給負(fù)載L的負(fù)載電流Io(放電電流)。時間軸“t”的原點(diǎn)表示廣告顯示器1的電源開接通使太陽能電池2接受光照的那一刻時間。
雙層電容器30兩端的電壓VC隨時間常數(shù)而增大，后者取決于串聯(lián)內(nèi)阻及其本身的電容量，電壓VC基本上可以達(dá)到太陽能電池2的輸出電壓VS(嚴(yán)格說來，由于反向電流阻止二極管的正向壓降而稍低一些)。此時的充電電流Ii比形成峰值的太陽能電池2的輸出電流IS低些。充電的電能由等式(1)表示，并由圖4B所示的區(qū)域S2表示。此外，圖4B還示出了充電電流Ii的平均值Ii′。
在負(fù)載不驅(qū)動時期T2(＝T-K·T)消逝后，放電控制器40的晶體管Tr3成為“導(dǎo)通”狀態(tài)，將負(fù)載電流Io由輸出端VOUT供給負(fù)載L。根據(jù)等式(3)，該負(fù)載電流Io是平均充電電流Ii′的100倍。在負(fù)載驅(qū)動時期T1(＝K·T)消逝后，重復(fù)進(jìn)行雙層電容器30的充電以及向負(fù)載L的放電。
隨著反復(fù)的充放電，廣告顯示器1的電動機(jī)8被間歇地驅(qū)動，使得樞軸部件8a不斷地撞擊擺動件7的重物7b。于是，擺動件7呈間歇地?cái)[動。此外，當(dāng)作小熊眼睛的發(fā)光二極管7c也間歇地點(diǎn)亮，引起人們的注意。
第二個實(shí)施例圖5是一個經(jīng)更改的廣告顯示器的整體透視圖。
該廣告顯示器1a例如通過懸掛件50從熒光燈上懸掛下來。廣告牌60a設(shè)置在旋轉(zhuǎn)懸桿60的底部，后者連接到安裝在顯示器1a中的電動機(jī)8。采用該裝置，電動機(jī)8在上述充放電周期內(nèi)間歇地被驅(qū)動，使廣告牌60a通過施轉(zhuǎn)軸60在水平方向上間歇地旋轉(zhuǎn)。處于間歇旋轉(zhuǎn)的廣告牌引起了人們的注意。電動機(jī)8、旋轉(zhuǎn)軸80以及廣告牌部分60a相當(dāng)于本發(fā)明的輸出部件。
根據(jù)該裝置，太陽能電池2可以靠近光源設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)較大的輸出電流。由此減小了太陽能電池的面積，以減小廣告顯示器。
在上述第一和第二實(shí)施例中，電動機(jī)的負(fù)載和發(fā)光二極管構(gòu)成了輸出部件。但是，本發(fā)明并非局限于此，它可以用其它各種負(fù)載來構(gòu)成輸出部件。例如將一個發(fā)聲部件用作負(fù)載，以間歇地發(fā)出聲響。
以上描述了第一和第二個實(shí)施例，例舉的廣告顯示器作為間歇運(yùn)動裝置，利用了太陽能電池系統(tǒng)。本發(fā)明還適用于其它類型的各種間歇運(yùn)動裝置。例如，本發(fā)明可以應(yīng)用于太陽能車輛，用以間歇地操縱一個螺線管，以驅(qū)動其車輪。
本發(fā)明在不脫離其精神和基本特性的情況下，還可以用其它特定形式實(shí)施，因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)由所附權(quán)利要求書而并非由前述說明書所限定。
權(quán)利要求
1.一種用太陽能電池向負(fù)載供電的太陽能電池系統(tǒng)，其特征在于包括用以將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿奶柲茈姵兀挥靡源鎯θ∽蕴柲茈姵刂娔艿碾p層電容器；以及放電控制器，用以在預(yù)定周期內(nèi)使所述雙層電容器間歇地向負(fù)載放電，同時向所述雙層電容器充電，由此使放電時期短于充電時期，使向負(fù)載放電的電流大于對雙層電容器的充電電流。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能電池由非晶硅制成。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括串聯(lián)連接于所述太陽能電池與所述雙層電容器之間的反向電流阻止二極管。
4.如權(quán)利要求3所述的太陽能電池系統(tǒng)，其特征在于，所述反向電流阻止二極管包括一只肖特基二極管。
5.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括連接在所述太陽能電池與所述雙層電容器之間的電壓控制電路，所述電壓控制電路把所述太陽能電池的輸出電壓控制得不超過所述雙層電容器的最大額定電壓。
6.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池系統(tǒng)，其特征在于，放電時建立的T1/T設(shè)置在大致1％，其中T為每一個所述預(yù)定周期，T1為每一個所述預(yù)定周期內(nèi)的負(fù)載驅(qū)動時間(放電時間)。
7.一種用以間歇驅(qū)動負(fù)載的間歇運(yùn)行裝置，其特征在于包括用以將光能轉(zhuǎn)換為電能的太陽能電池；用以儲存取自太陽能電池之電能的雙層電容器；由所述雙層電容器供電驅(qū)動的輸出裝置；以及放電控制裝置，用以使所述雙層電容器在預(yù)定的周期內(nèi)間歇地向輸出裝置放電，同時向雙層電容器充電，使放電時期短于充電時期，使得向輸出裝置放電的電流大于對雙層電容器的放電電流。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述輸出裝置包括一個電動機(jī)。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述輸出裝置包括發(fā)光二極管。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述輸出裝置包括發(fā)聲裝置。
11.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述輸出裝置包括螺線管。
12.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述電動機(jī)包括連接在其旋轉(zhuǎn)軸上可繞樞軸旋轉(zhuǎn)的部件，用以間歇地?cái)[動一擺動件，所述擺動件裝在外殼里可擺動，其重物接在其底部，在常態(tài)下呈直立狀。
13.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述電動機(jī)包括從外殼向下延伸的旋轉(zhuǎn)軸，并通過懸掛部件從室內(nèi)燈具上懸掛下來，所述旋轉(zhuǎn)軸具有附設(shè)在其底部的廣告牌。
14.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述太陽能電池由非晶硅制成。
全文摘要
一種用太陽能電池向負(fù)載供電的太陽能電池系統(tǒng)，該太陽能電池系統(tǒng)包括用以將光能轉(zhuǎn)換為電能的太陽能電池，用于儲存取自太陽能電池之電能的雙層電容器，以及一個放電控制器。該放電控制器用以在預(yù)定周期內(nèi)使雙層電容器間歇地向負(fù)載放電，同時向雙層電容器充電。其中放電時期短于充電時期，而向負(fù)載放電的電流大于對雙層電容器的充電電流。
文檔編號A63H29/22GK1121167SQ9510613
公開日1996年4月24日 申請日期1995年6月2日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月2日
發(fā)明者竹田晴見, 藤井喬 申請人:沃達(dá)株式會社