專利名稱：太陽能蓄電系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明關于一種蓄電系統(tǒng)，尤其涉及一種太陽能蓄電系統(tǒng)。
背景技術：
由于全球氣候變遷、空氣污染問題以及資源日趨短缺之故，人們己漸漸發(fā) 展使用太陽能發(fā)電作為動力供應主要來源。太陽光是一種可再生、取之不盡， 用之不竭的天然能源，其利用太陽能板將光的能量直接轉(zhuǎn)變成電能，發(fā)電過程 中不會產(chǎn)生二氧化碳等具污染性的氣體，又具安全、方便的特性，故近年來以 硅晶圓為主的太陽能板市場，正迅速成長著。
即便利用太陽能發(fā)電的優(yōu)點繁多，但太陽能受氣候、晝夜的影響很大，因 而穩(wěn)定性差，需要另外使用儲能裝置，例如蓄電池、抽蓄發(fā)電廠等，來將太陽 能轉(zhuǎn)成的電能儲存起來，待無陽光或夜晚的時候再把儲存的能量釋放出來。然 而，目前所使用的蓄電池，雖然標榜著可重復使用，但還是有壽命限制。在多 次充放電或長時間不使用的情況下，蓄電池的容量會下降，且容易損壞，原因 在于蓄電池是利用化學能轉(zhuǎn)換為電能，化學物質(zhì)要常保其活性，才不至于失效 變質(zhì)，當原來的化合物活性都作用完或?qū)⒂猛陼r，便無法再進行新的化學反應， 進而導致蓄電池老化而宣告壽終。
而且，太陽能雖可經(jīng)濟有效地產(chǎn)生大量電能，而一般的蓄電池卻無法提供 等量的容量來儲存電能，因而必須增加充放電的次數(shù)，進而導致蓄電池的使用 壽命降低。若是利用多個蓄電池來儲存電能，卻造成充電電路的結(jié)構(gòu)復雜、空 間過于龐大、成本昂貴等現(xiàn)象。
因此，如何能將太陽能轉(zhuǎn)成的電能大量且有效率地儲存，又不增加充電電 路的復雜度及成本，以善加應用能源，達到環(huán)保節(jié)約的目的，此為目前急欲解 決的一大課題
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明解決的技術問題在于提出一種以一磁性電容(magnetic capacitor)作為能量儲存裝置，進而儲存太陽能轉(zhuǎn)換后的電能，以提供負載所 需的電力，以有效率地利用太陽能源。
本發(fā)明的目的在于提供一種太陽能蓄電系統(tǒng)，能提升充放電次數(shù)以及充放 電效能。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種太陽能蓄電系統(tǒng)，能降低蓄電電路的復雜 度及開發(fā)成本。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種應用具有能量儲存密度高、重量輕、儲能 容量大、使用壽命長等優(yōu)點的儲能組件的太陽能蓄電系統(tǒng)。
本發(fā)明公開一種太陽能蓄電系統(tǒng)，其電性連接至少一負載單元。該太陽能 蓄電系統(tǒng)包括有一太陽能板、 一儲能單元、 一開關單元以及一控制單元。太陽 能板用以接收太陽能后轉(zhuǎn)換成一直流電能；儲能單元包括至少一磁性電容，用 以儲存該直流電能；開關單元耦接于太陽能板以及儲能單元之間；控制單元耦 接于太陽能板、儲能單元以及開關單元之間，用以根據(jù)儲能單元的電壓值來控 制開關單元導通與否，進而控制儲能單元儲存直流電能以供負載單元使用；其 中，當開關單元導通時，電流從太陽能板流至儲能單元，進而對磁性電容充電 后儲存；當開關單元斷開時，即停止對磁性電容充電。
在本發(fā)明的一具體實施例中，所述的控制單元中包括有一電壓檢測單元， 其用以檢測儲能單元的電壓值。其中，當儲能單元的電壓值小于一電壓門限值 時，控制單元控制開關單元導通；否則控制單元控制開關單元斷開。該電壓檢 測單元亦可用來檢測儲能單元以及太陽能板的電壓值；其中，當太陽能板的電 壓值大于儲能單元的電壓值，控制單元控制開關單元導通；否則控制單元控制 開關單元斷開。.
在本發(fā)明的一具體實施例中，所述太陽能蓄電系統(tǒng)更包括一放電電路，耦 接于儲能單元、控制單元以及負載單元之間，受控制單元的控制使儲能單元中 的直流電能轉(zhuǎn)換成一交流電能，提供給負載單元運作。
在本發(fā)明的一具體實施例中，所述的磁性電容包含有一第一磁性電極、一 第二磁性電極以及一介電層。介電層設置于第一磁性電極以及第二磁性電極之 間。其中，第一磁性電極與第二磁性電極內(nèi)分別具有磁偶極(magneticdipole)， 用以抑制磁性電容的漏電流。
5通過前述技術方案，本發(fā)明利用磁性電容來儲存太陽能，并提供電力給負 載端使用，通過磁性電容的儲能特性，進而避免成本、空間的浪費，以及提升 充放電次數(shù)與效能。
以上的概述與接下來的詳細說明皆為示范性質(zhì)，是為了進一步說明本發(fā)明 為解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題所采取的技術方案以及所實現(xiàn)的技術效果。 而有關本發(fā)明的其它目的與優(yōu)點，將在后續(xù)的說明與附圖加以闡述。


圖1A為本發(fā)明所公開的太陽能蓄電系統(tǒng)的一具體實施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖1B為本發(fā)明所公開的控制單元的一具體實施例的示意圖2為本發(fā)明所公開的儲能單元與其它公知能量儲存媒介的比較示意圖3為本發(fā)明所公開的磁性電容的一具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明所公開的第一磁性電極的一具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；以及
圖5為本發(fā)明所公開的磁性電容組的一具體實施例的示意圖。
其中，附圖標記
1太陽能蓄電系統(tǒng)
11太陽能板
13開關單元
15儲能單元
151磁性電容
17控制單元
171電壓檢測單元
173比較器
19放電電路
2 負載單元
21第一磁性電極
23介電層
25第二磁性電極
211、 251、 311、 351磁偶極
31第一磁性層33 隔離層
35第二磁性層 4 磁性電容組
具體實施例方式
本發(fā)明所提出的太陽能蓄電系統(tǒng)，使用磁性電容來取代一般太陽能充放電 路中的儲能電容，以能提高每次儲能的容量以及減少充放電次數(shù)，如此簡化了 電路結(jié)構(gòu)，并降低成本。
本發(fā)明主要技術特征在于使用一磁性電容作為太陽能蓄電系統(tǒng)的能量儲 存裝置，以下僅提出必要的系統(tǒng)架構(gòu)，然而，本領域技術人員可知，除了以下 所提及的裝置及元件外，太陽能蓄電系統(tǒng)當然包括其它的必要組件，因此，不 應以本實施例公開的為限。
首先，請參閱圖1A，圖1A為本發(fā)明所公開的太陽能蓄電系統(tǒng)的一具體 實施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖。如圖1A所示，太陽能蓄電系統(tǒng)l電性連接一負載單元 2，用以提供電力給負載單元2運作。具體來說，負載單元2可為多個，其可 為路燈、電器裝置或數(shù)字裝置的群組組合之一，每一負載單元2通過一電力線 (圖中未示)來連接放電電路19，以獲得電力使之得以運作。
所述的太陽能蓄電系統(tǒng)l包括有一太陽能板ll、 一儲能單元15、 一開關 單元13、 一控制單元17以及一放電電路19。太陽能板11用以接收太陽能后 將其轉(zhuǎn)換成一直流電能，具體來說，太陽能板11為一種利用太陽光直接發(fā)電 的光電半導體薄片，其材料種類可選自非晶硅(Amorphous Silicon)、多晶硅 (Poly Crystalline)、 CdTe、 Culnse2等半導體、或三五族、二六族的元素鏈接等 材料。
儲能單元15包括至少一磁性電容151，用以儲存太陽能板11產(chǎn)生的直流 電能；其中，當耦接于太陽能板11以及儲能單元15之間的開關單元13導通 時，電流從太陽能板11流至儲能單元15，進而對磁性電容151充電，并將直 流電能儲存于磁性電容151中；而當開關單元13斷開時，即停止對磁性電容 151充電。 一具體實施例中，開關單元15為C型金屬氧化物半導體(CMOS)、 N型金屬氧化物半導體(NMOS)、 H型金屬氧化物半導體(HMOS)、 D型金屬氧 化物半導體(DMOS)或V型金屬氧化物半導體(VMOS)的其中之一?？刂茊卧?7耦接于太陽能板17、儲能單元15以及開關單元13之間，用 以根據(jù)儲能單元15的電壓值來判斷是否導通開關單元13，進而控制儲能單元 15儲存直流電能供負載單元2運作。所述的控制單元17中包括有一電壓檢測 單元171，用以檢測儲能單元15的電壓值。其中，當電壓檢測單元171檢測 儲能單元15的電壓值小于一電壓門限值，控制單元17即判斷磁性電容151 仍有儲存電能的容量，因而控制開關單元13導通，使電流流入儲能單元15 以持續(xù)儲能；否則，當電壓檢測單元171檢測儲能單元15的電壓值大于或等 于電壓門限值，控制單元17即判斷磁性電容151已充飽，而控制開關單元13 斷開。其中，上述的電壓門限值為 -系統(tǒng)設定值或一使用者設定值。又，電壓 檢測單元171亦可依據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)的布設需求移至控制單元17外部，不應以本 實施例公開為限。
在本發(fā)明的一具體實施例中，控制單元17亦可根據(jù)太陽能板11和儲能單 元15的電壓差來判斷是否導通開關單元13;而此時的電壓檢測單元171須同 時檢測儲能單元15以及太陽能板11的電壓值。其中，當太陽能板11的電壓 值大于儲能單元15的電壓值，控制單元17控制開關單元13導通，使電流流 入儲能單元15以儲存直流電能；否則，當電壓檢測單元171檢測太陽能板11 的電壓值小于或等于儲能單元15的電壓值，控制單元17即控制開關單元13 斷開。
具體來說，上述的控制單元17進行電壓比較的實施例，請參考圖1B，控 制單元17中更包括一比較器173，其正極端接收電壓檢測單元171測得的儲 能單元15的電壓值，而負極端接收電壓門限值，若儲能單元15的電壓值小于 電壓門限值，控制單元17即控制開關單元13導通來儲能；否則，控制單元 17控制開關單元13斷開。另一具體實施例中，比較器173的正極端接收電壓 檢測單元171測得的儲能單元15的電壓值，而負極端接收電壓檢測單元171 測得的太陽能板ll的電壓值，經(jīng)過比較來決定是否導通開關單元13。除了上 述利用比較器173的方式，亦可使用軟件運算來達成，不應以本實施例公開為 限。
放電電路19耦接于儲能單元15、控制單元17以及負載單元2之間，用 以將儲能單元15中的直流電能轉(zhuǎn)換成一交流電能，提供給負載單元2運作。 請同時參閱圖2，該圖為本發(fā)明的儲能單元與其它公知能量儲存媒介的比較示意圖。本發(fā)明的儲能單元儲存的能量以磁性電容(MagneticCapacitor)為主，主 要是以物理反應的電位能的方式進行儲存，而相較于主要以化學能儲存的其它
能量儲存媒介(例如傳統(tǒng)電池)，以化學能為儲存方式的能量儲存媒介的缺 點為
(1) 充、放電速度慢并且會產(chǎn)生熱能。
(2) 在多次充放電后容量會下降(有漏電之虞)，甚至長時間不使用，
也會有容量下降問題(有漏電之虞)。
(3) 再者，電池因利用化學物質(zhì)由化學能轉(zhuǎn)換為電能，化學物質(zhì)要常保
其活性，才不致失效變質(zhì)，當原來化合物活性都作用完或?qū)⒔猛陼r，便無法 再進行新的化學反應，此時電池容量下降，就是電池已老化了，電池便宣告壽 終，再者若經(jīng)過長期充放電后，因電池內(nèi)部電解液的損耗，以及電池內(nèi)部化學 物質(zhì)活性的降低，造成電池內(nèi)部的電量無法正常釋放出來，常見的現(xiàn)象就是電 池發(fā)熱，此時電池老化，相對電池容量也會下降，造成使用壽命短。另外，超 級電容也是化學儲能架構(gòu)，故存在有傳統(tǒng)電池的缺點。
由于公知電容中，電容值C由電容面積A、介電層的介質(zhì)常數(shù)^^及厚 度d決定，如下公式(一)，因此模擬于公知電容，本實施例的磁性電容2 相當于通過磁場的作用來改變介電層的介電常數(shù)，故而造成電容值的大幅提 升。
公式(一)
本發(fā)明所述的磁性電容151儲存的能量全部以電位能的方式進行儲存，相 較于主要以化學能儲存的其它能量儲存媒介，磁性電容除了具有可匹配的能量 儲存密度外，更因充分保有電容的特性，而具有壽命長(高充放電次數(shù))、無記 憶效應、可進行高功率輸出、快速充放電、體積小等特點，故可有效解決當前 電池所遇到的各種問題。
請一并參考圖3，該圖為本發(fā)明所公開的磁性電容的一具體實施例的結(jié)構(gòu) 示意圖。如圖3所示，磁性電容151包含有一第一磁性電極21、 一第二磁性 電極25以及一介電層23。其中介電層23設置于第一磁性電極21以及第二磁 性電極25之間，用來分隔第一磁性電極21與第二磁性電極25，以在第一磁性電極21與第二磁性電極25處累積電荷，進而儲存電位能。具體來說，第一
磁性電極21與第二磁性電極25由具磁性的導電材料(例如稀土元素)所構(gòu)成， 并通過適當?shù)耐饧与妶鲞M行磁化，使第一磁性電極21與第二磁性電極25內(nèi)分 別形成磁偶極(magneticdipole)2U、 251，以于磁性電容151內(nèi)部構(gòu)成磁場來影 響帶電粒子的移動方向，從而抑制磁性電容151的漏電流。
上述的介電層23為氧化鈦(Ti03)、氧化鋇鈦(BaTi03)或氧化硅(silicon oxide)的群組組合之一，然而本發(fā)明所述的磁性電容151的各層均可視產(chǎn)品需 求而選用適當?shù)牟牧?，不應以本實施例公開為限。
所需要特別強調(diào)的是，磁偶極211、 251的箭頭方向僅為一示意圖。對本 領域技術人員而言，應可了解到磁偶極211、 251實際上由多個整齊排列的微 小磁偶極所疊加而成，且在本發(fā)明中，磁偶極211、 251最后形成的方向并無 限定，可依磁性電容151的形狀進行調(diào)整，例如可指向同一方向或不同方向。
接著，請一并參考圖4，該圖為本發(fā)明所公開的第一磁性電極21的一具 體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，第一磁性電極21為一多層結(jié)構(gòu)，包含 有一第一磁性層31、 一隔離層33以及一第二磁性層35。其中隔離層33設置 于第一磁性層31以及第二磁性層35之間，其由非磁性材料所構(gòu)成。而第-一磁 性層31與第二磁性層35則包含有具磁性的導電材料，并在磁化時，通過不同 的外加電場，使得第一磁性層31與第二磁性層35中的磁偶極311、 351分別 具有不同的方向，于本發(fā)明的一較佳實施例中，磁偶極311、 351的方向為反 向，而能進一步抑制磁性電容151的漏電流。
此外，需要強調(diào)的是，磁性電極151的結(jié)構(gòu)并不限于前述的三層結(jié)構(gòu)，而 可以類似的方式，以多個磁性層與非磁性層不斷交錯堆棧，再通過各磁性層內(nèi) 磁偶極方向的調(diào)整來進一步抑制磁性電容151的漏電流，甚至達到幾乎無漏電 流的效果。
最后，請參考圖5，該圖為本發(fā)明所公開的磁性電容組的一具體實施例的 示意圖。磁性電容151可根據(jù)不同的電壓或電容值需求，兩兩互相以串聯(lián)或并 聯(lián)的方式耦接，進而形成一磁性電容組4，以滿足各種不同裝置的電力供應需 求。
至于本發(fā)明的應用情況，太陽能板11在白天吸收太陽能后，由控制單元 17依據(jù)前述規(guī)則來適當?shù)厍袚Q開關單元13，以判斷是否將太陽能儲存至儲能單元15中，待負載單元2需要電力運作時，通過放電電路19將儲能單元15 的電能轉(zhuǎn)為直流電后供其使用，而無須額外外接一電源供應器。其中，尤指夜 晚才使用電力的路燈，不須局限白天產(chǎn)生太陽能的時間限制，即可應用本發(fā)明 獲得電力來運作。
通過以上實例詳述，當可知悉本發(fā)明的太陽能蓄電系統(tǒng)，使用磁性電容作 為儲能及釋能的裝置，相較于一般電容，磁性電容具有體積小、容量大、充放 電速度快、價格低等優(yōu)點，可作為一極佳的能量儲存裝置或電力供應來源。又 利用控制單元控制儲存太陽能以及釋放電能的時機，通過上述的技術手段，負 載端可有效利用太陽能來運作，無須額外外接電源供應器，進而達到節(jié)省能源 的功效。
當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情 況下，熟悉本領域的技術人員當可根據(jù)本發(fā)明做出各種相應的改變和變形，但 這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種太陽能蓄電系統(tǒng)，其特征在于包括有一太陽能板，用以接收太陽能后轉(zhuǎn)換成一電能；一儲能單元，其包括至少一磁性電容；一開關單元，耦接于該太陽能板及該儲能單元之間；以及一控制單元，耦接于該太陽能板、該儲能單元以及該開關單元之間，用以根據(jù)該儲能單元的電壓值來控制該開關單元導通與否；其中，當該開關單元導通時，電流從該太陽能板流至該儲能單元，進而對該磁性電容充電后儲存；當該開關單元斷開時，即停止對該磁性電容充電。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能蓄電系統(tǒng)，其特征在于該控制單元包括有一電壓檢測單元，用以檢測該儲能單元的電壓值；其中，當該儲能單元的電壓值小于一電壓門限值，該控制單元控制該開關 單元導通；否則該控制單元控制該開關單元斷開。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能蓄電系統(tǒng)，其特征在于該控制單元包括有一電壓檢測單元，用以檢測該儲能單元以及該太陽能板的電壓值； 其中，當該太陽能板的電壓值大于該儲能單元的電壓值，該控制單元控制 該開關單元導通；否則該控制單元控制該開關單元斷開。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的太陽能蓄電系統(tǒng)，其特征在于該太陽能蓄 電系統(tǒng)電性連接至少一負載單元，該太陽能蓄電系統(tǒng)更包括一放電電路，耦接于該儲能單元、該控制單元以及該負載單元之間，受該 控制單元的控制使該儲能單元中的該電能轉(zhuǎn)換成一交流電能，提供給該負載單 元運作。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能蓄電系統(tǒng)，其特征在于該負載單元為路 燈、電器裝置或數(shù)字裝置的群組組合之一。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能蓄電系統(tǒng)，其特征在于該電壓門限值為 一系統(tǒng)設定值或一使用者設定值。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的太陽能蓄電系統(tǒng)，其特征在于該磁性電容包括有一第一磁性電極； 一第二磁性電極；以及一介電層，設置于該第一磁性電極以及該第二磁性電極之間； 其中，該第一磁性電極與該第二磁性電極內(nèi)分別具有磁偶極，用以抑制該 磁性電容的漏電流。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽能蓄電系統(tǒng)，其特征在于該介電層為氧化鈦、氧化鋇鈦或氧化硅的群組組合之一。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽能蓄電系統(tǒng)，其特征在于該太陽能蓄電系 統(tǒng)包含有多個磁性電容，且各該磁性電容系兩兩互相串連或并聯(lián)地耦接。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽能蓄電系統(tǒng)，其特征在于該第一磁性電 極包括有一第一磁性層，具有排列成一第一方向的磁偶極； 一第二磁性層，具有排列成一第二方向的磁偶極；以及 一隔離層，其設置于該第一磁性層以及該第二磁性層之間； 其中，該第一方向與該第二方向互為反向，用以抑制該磁性電容的漏電流。
全文摘要
一種太陽能蓄電系統(tǒng)，其連接至少一負載單元。太陽能蓄電系統(tǒng)包括有一太陽能板、一儲能單元、一開關單元以及一控制單元。太陽能電池用以接收太陽能后轉(zhuǎn)換成一直流電能；儲能單元包括至少一磁性電容，用以儲存該直流電能；開關單元耦接于太陽能電池以及儲能單元之間；控制單元根據(jù)儲能單元的電壓值來控制開關單元導通與否，進而控制儲能單元儲存直流電能。
文檔編號H02J15/00GK101630866SQ20081013201
公開日2010年1月20日 申請日期2008年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月16日
發(fā)明者許躍騰 申請人:光寶科技股份有限公司;北極光股份有限公司