專利名稱：太陽能電容式升壓光伏電源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電源，尤其是將太陽能轉化為電能并存儲于電容中驅動發(fā)光二極管發(fā)光的電源。
背景技術：
隨著經濟的高速發(fā)展，也將能源危機，環(huán)境污染和可持續(xù)發(fā)展等三大難題擺在了人類的面前，人口的急速增長、煤炭、石油能源的不斷減少，環(huán)境污染的日益加重，迫使人類不得不探索高效清潔的新能源。太陽能電池具有質量輕、壽命長、可靠性高、無污染、無噪聲、抗輻射、能承受各種環(huán)境的變化且具有很高的靈敏度，寬的光譜響應和良好的線性度。太陽能將成為人類未來生存、生活所需要的重要能源之一。科技發(fā)展的今天、人類綜合利用太陽能仍不足10％，以耗能大國德國為例，其每年的耗能量僅為年太陽能照射該國的八十分之一，制約人類充分利用太陽能的瓶頸是存儲。將太陽能經光伏電池轉成電能存儲在蓄電池中是常見的轉換和存儲方法。但蓄電池壽命較短，充放電約為300-500次，正常必須在2-3年內更換。此外，鉛蓄電池需要作電解液的補充和比重測量之類的定期檢查工作。維護費時費力，蓄電池含鉛和鎘之類的重金屬，蓄電池報廢后給自然環(huán)境帶來二次污染，蓄電池工作溫度范圍較窄，為0°-45°，這對于系統(tǒng)在寒冷氣候條件是無法正常工作。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述技術中存在的不足之處，提供一種結構簡單、設計合理，節(jié)約電能，無污染的太陽能電容式升壓光伏電源。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是光伏電池的正端經電阻R1串接二極管D1與并聯(lián)的電容C1、C2、Cx-1、Cx正極相接，光伏電池負極與電容C1、C2、Cx-1、Cx的負端相接，電容C1、C2、Cx-1、Cx正負兩端之間跨接穩(wěn)壓二極管D2，二極管D1和電容C1、C2、Cx-1、Cx兩端的接點上接有電感L，電感L另一端分別與芯片Ic1的輸入端和二極管D3的正端相接，芯片Ic1的輸出端與二極管D3的負端和電容C0正端相接，芯片Ic1負端和電容C0負端接地，芯片Ic1的輸出端和接地端接至由三極管T1、T2、T3、電阻R2、R3及發(fā)光二極管D組成的電路相連。
本發(fā)明的優(yōu)點是結構簡單、設計合理，節(jié)約電能，無污染，該裝置將太陽能經光伏電池轉化成電能存儲于法拉級電容中，實現(xiàn)了電能存儲。該裝置使用壽命長，溫度范圍寬，體積小，重量輕，易維護。


圖1是本發(fā)明多個發(fā)光二極管D串聯(lián)電路原理圖；圖2是本發(fā)明多個發(fā)光二極管D并聯(lián)電路原理圖；具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步詳細描述。
由圖1-圖2可知，本發(fā)明是光伏電池1的正端經電阻R1串接二極管D1與并聯(lián)的電容C1、C2、Cx-1、Cx正極相接，光伏電池1負極與電容C1、C2、Cx-1、Cx的負端相接，電容C1、C2、Cx-1、Cx正負兩端之間跨接穩(wěn)壓二極管D2，二極管D1和電容C1、C2、Cx-1、Cx兩端的接點上接有電感L，電感L另一端分別與芯片Ic1的輸入端和二極管D3的正端相接，芯片Ic1的輸出端與二極管D3的負端和電容C0正端相接，芯片Ic1負端和電容C0負端接地，芯片Ic1的輸出端和接地端接至由三極管T1、T2、T3、電阻R2、R3及發(fā)光二極管D組成的電路相連。
芯片Ic1輸出端與三極管T3集電極之間接有多個發(fā)光二極管D。
參見圖1，日光照射在光伏電池上，激發(fā)電子——空穴對。在內建電場的作用下，空間電荷區(qū)兩邊有光生載流子積累而產生電壓，光伏電池正端接電阻R1，光伏電池負端接地，光伏電池經電阻R1二級管D1向電容C1、C2......CX-1、CX充電。其中R1起鎮(zhèn)流作用；肖特基二報管D起反向電流保護作用；C1、C2......CX-1、CX為并聯(lián)的法拉級雙層電容器，其并聯(lián)數(shù)X由負載決定。D2為過壓保護二級管。由電感L、芯片IC1、肖特基二級管D3、電解電容C。組成升壓電路。當芯片IC1、導通時，C1、C2......CX-1、CX向電感儲能，電感電流增加，感應電動勢為左正右負，負載由電容C。供電。當芯片IC1截止時，電感電流減少，感應電動勢為左負右正，電感L中能量釋放與C1、C2......CX-1、CX輸入的電壓順極性一致經二級管D3向負載供電，并同時向電容C0充電。周期性工作，可把由C1、C2......CX-1、CX兩端的低壓直流變換成高壓直流。
由R2，T1組成的控制電路，其中R2為限流電阻，T1為光敏三極管.當光照射在T1時，T2不工作，發(fā)光二極管亦不工作.當無光照射在光敏三極時，T2管工作發(fā)光二極管亦工作.
T2，T3，R3，D組成驅動電路，圖4中多個發(fā)光二極管D采用串聯(lián)或并聯(lián).
目前，市場上商品化的法拉級雙層電容，工作電壓2.3v-2.7v，容量為50F-60F性能價格比最佳。而常用的紅色、黃色發(fā)光二級管工作電壓一般在1.8v-2.3v，蘭、白、綠色發(fā)光二級管最小工作電壓均大于2v。
現(xiàn)以2.3v、60F的電容，驅動紅色發(fā)光二級管為例，比較采用電容直接驅動和利用電容升壓電路驅動發(fā)光二級管的能量利用率。
存儲在電容中的能量一般為W＝1/2CV2①式中W為存儲電容中能量，單位焦耳C為電容單位法拉V為電壓單位伏特則2.3V，60F的電容中的最大存儲能量為W0＝1/2×60F×2.32V2＝158.7焦耳若1.8V為驅動紅色發(fā)光二極管的最小工作電壓，利用電容直接驅動紅色發(fā)光二級管工作的能量為W1＝1/2×60F×(2.32-1.82)V2＝61.5焦耳。
采用升壓電路，當電容的輸出電壓為0.5V時，經升壓后的輸出的電壓大于驅動紅色發(fā)光二級管的閾值，則經升壓后可驅動紅色發(fā)光二級管的能量為W2＝1/2×60F×(2.32-0.52)V2＝151.2焦耳。
由于升壓電路的損耗，設升壓電路的效率比η＝82％。則實際經升壓后用于驅動紅色發(fā)光二極管的能量為W3＝η×W2＝0.82×151.2＝123.984焦耳。
比較W1與W3可知，采用升壓電路電容的能量利用率提高了一倍。
由于目前采用光伏電池，電容存儲電，最后來驅動半導體發(fā)光二級管的電路中，電容器的價格幾乎決定系統(tǒng)的價格。采用升壓電路后會節(jié)省一半電容，其意義是十分明顯的。
一般而言，蘭、綠色發(fā)光二極管的工作電壓在2.8-3.6伏之間。若采用電容驅動，則需將電容串聯(lián)使用，現(xiàn)仍以2.3V、60F電容為例，若兩串兩并則需4個電容，電壓為4.6伏，容量為60F，則電容存儲的能量W0＝1/2×60×4.62＝634.8焦耳。
設3.4v為蘭，綠色發(fā)光二級管的工作電壓，則利用電容直接驅動二級管的能量為W1＝1/2×60×(4.62-3.42)＝288焦耳。
采用升壓電路，當電容輸出電壓為0.5伏，經升壓后的輸出電壓仍高于3.4伏。(此時4個電容并聯(lián))，則其能量為W2＝1/2×60×4×(2.32-0.52)＝604焦耳。
升壓電路的效率比η＝0.82W2＝604×0.82＝495.28焦耳。
比較W1與W2知，其能量利用率提高了72％。
此外，光伏電池輸出的功率與天氣，按裝朝向，所在地的地球緯度有很大關系，強日光直射與雨天的陰影下，其輸出的功率可在100％-10％間波動。
現(xiàn)以串聯(lián)電容驅動二極管為例，此時電容兩端的電壓為4.6V，若光伏電池在日光直射的輸出電壓為6V(100％)大于4.6伏，可向電容充電，此時發(fā)光二極管可正常工作。
若在陰雨天時，光伏電池輸出的電壓最大達3V(50％)，則電容兩端的電壓小于3伏，發(fā)光二極光不能正常工作。
采用并聯(lián)電容升壓電路，由于電容兩端的電壓大于0.5伏，發(fā)光二極管仍可工作。因此，在陰天時，光伏電池輸出電壓為3V，甚至天氣更壞時，只要光伏電池輸出0.8V的電壓，仍能使發(fā)光二極管維持工作。
目前，市場銷售的單晶，多晶標準光伏電池，以直徑為5英寸的圓形，103毫米乘103毫米，125毫米乘125毫米的方形居多，其電壓均為0.5V，電流視其轉換效率的高低，約在300毫安-500毫安左右。若工作電壓大于0.5V，需將電池串聯(lián)，若電流大于300毫安-500毫安，需將電池并聯(lián)，若電流小于300毫安-500毫安，需將面積按比例切割。
現(xiàn)以驅動蘭，綠色發(fā)光二極管為例，采用電容直接驅動，設光伏電池的輸出電壓為5V，40毫安，則需將光伏電池切割成電流為40毫安的10片，然后串聯(lián)，方能滿足要求。采用并聯(lián)電容升壓驅動蘭、綠發(fā)光二極管，設光伏電池輸出電壓為2.5伏，電池為80毫安，此時需要切割5塊光伏電池即可。
由于標準光伏電池輸出功率與面積成正比，在標準光伏電池上，切割的次數(shù)愈多，損耗愈大。此外輸出的電壓愈高，其串聯(lián)的光伏電池的塊數(shù)愈多，串聯(lián)光伏電池需要焊接，亦需在兩塊電池留有焊接間隙。由此可見，采用并聯(lián)電容升壓電路，與串聯(lián)電容直接驅動發(fā)光二極管相較，其加工費可以降低，其單位面積輸出的功率有所提高。
采用升壓電路，當電容兩端的電壓小于0.5伏時，無法驅動發(fā)光二極管工作，此時若X≥2，即電容數(shù)等于或超過2個，此時通過手動或自動將并聯(lián)電容切換至串聯(lián)狀態(tài)，則電容兩端電壓≥1.0V，則通過升壓電路仍可驅動發(fā)光二極管工作。
權利要求
1.一種太陽能電容式升壓光伏電源，包括光伏電池，其特征在于光伏電池(1)的正端經電阻R1串接二極管D1與并聯(lián)的電容C1、C2、Cx-1、Cx正極相接，光伏電池(1)負極與電容C1、C2、Cx-1、Cx的負端相接，電容C1、C2、Cx-1、Cx正負兩端之間跨接穩(wěn)壓二極管D2，二極管D1和電容C1、C2、Cx-1、Cx兩端的接點上接有電感L，電感L另一端分別與芯片Ic1的輸入端和二極管D3的正端相接，芯片Ic1的輸出端與二極管D3的負端和電容C0正端相接，芯片Ic1負端和電容C0負端接地，芯片Ic1的輸出端和接地端接至由三極管T1、T2、T3、電阻R2、R3及發(fā)光二極管D組成的電路相連。
2.根據權利要求1所述的光伏電池，其特征在于芯片Ic1輸出端與三極管T3集電極之間接有多個發(fā)光二極管D。
全文摘要
一種太陽能電容式升壓光伏電源。光伏電池的正端經電阻R
文檔編號H02M3/06GK1838506SQ20051000984
公開日2006年9月27日 申請日期2005年3月23日 優(yōu)先權日2005年3月23日
發(fā)明者郝萬福 申請人:郝萬福