201017893 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種電源系統,特別是關於 由太陽能所轉換出能源的太陽能電源系統。 【先前技術】 ❿ 能源的快速消耗,已使得能源短缺的 視,且人們為了得到所需的能源,使得 :: 的生態產生一定影響。故近年來,隨著環保意識^ ; ==:^受到重視及採納。而在綠丄 被廣泛發展與應用的技術。 囑且 而,現有的太陽能技術的應用而言,主要是透過太 能電池(sdarceU)來接收外界的—光源(如太陽光^ 將此光源轉換成電能輸出供一負載 電池所轉換出電能先儲存於一二次電池, 電源時則從二次電池中所儲存的電能取得電源供應來源。 、而目前供太陽能電池使用的=次電池主要是以蓄電 池為主,蓄電池是利用化學產生變化來儲蓄電能,而要使 用時便將電能釋放成化學物質的變化。另外蓄電池雖然可 重複使用,但還是有其壽命之限制,因為在多次充放 長時間不使用的情況下,蓄電池的容量會下降,且容易損 壞,其原因在於蓄電池是利用化學能轉換為電能,化學物 質要常保其活性,才不至於失效變質,當原來的化合物活 201017893 性都作用完或將近用完時,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。 〜 - 此外,一般的蓄電池並無法提供等量的容量來儲存電 ,,因而必須增加充放電的次數,進而導致蓄電池的使用 壽命很快降低。若是利用多顆蓄電池來儲存電能,卻仍 導致有需要頻繁充電或更換蓄電電池的不便,並又造成充 電電路的結構複雜、佔據空間過於龐大、成本昂貴等現象, 故基於前述分析,目前太陽能電池在儲存電量時普遍存在 # 著前述問題’而有待加以改善。 【發明内容】 ,本發明所要解決的技術問題,在於提供一種太陽能電 源系統’其可提供一種體積小又具有高能量儲存密度,且 可不觉充放電限制、並以電位能形式儲存能量的能量儲存 元件來儲存電能,以解決習知技術所遭遇之問題。 為了解決上述技術問題,根據本發明的一種方案,提 供-種太陽能電源系統,包括:一太陽能電池、一蓄電單 元,-導通元件,其中太陽能電池是用來接收光能並轉換 電月b輪出,蓄電單元搞接於太陽能電池,並以電位能形 電池輪出之電能’導通元件是祕於太陽“ 單元之間,並使得太陽能電池輸出之電能能傳輪 至蓄電單元。 為了解決上述技術問題,根據本發明的另一種方案, ,供-種太陽能電源祕,包括複數個光電職單元:且 .母個光電儲能單元係包括:一太陽能電池、一蓄電單元 201017893 及一導通元件,其中 能輸出,·而蓄電單_ 犯電池是用來接收光能並轉換電 儲存能量儲存太陽於太陽能電池’並以電位能形式 太陽能電池與蓄電輪出^電能,導通元件是搞接於 能傳輸至蓄電單元,荄ί?得太陽能電池輪出之電 式相耦接。 。二畜電早70彼此之間係以並聯方 在本發明的實施例中,並 ❹ 電容,而磁性電容包括./畜電平70具有至少一磁性 極及-介電層,雜電極、—第二磁性電 磁性電極置於第—磁性電極與第二 電極與第二磁性電極是電能’以及第-磁性 於介電層中的電能漏^別具有複數個磁偶極以避免儲存 因此透過上述實施方式,本發明是以磁性電容來儲 太%能電池難生之電能,並透過雜本= 使得太陽能電源系統可以不佔用太多空間即 的電量’且同時可提供穩定電能供負载使用等優點。里 以上之概賴接下來的詳細朗及關, 進-步說明本發明為達成預定目的所採取之方式、= 功效。而有關本發明的其他目的及優點’將在後續的^ 及圖式中加以闡述。 【實施方式】 本發明係提供一種太陽能電源系統,其係透過一種俱 備壽命長(高充放電次數)、高能量儲存密度、瞬間高功^ 輸出及快速充放電、且體積小的能量儲存元件來儲存太陽 7 201017893 能,而;b能量儲存元件係為 capacitor),此磁性電容是葬 ^ agnetlc 達大二量 出之效果,且由於磁性電容並 ::翰 :容數的限制因為= 級電容具有許多以3習知的電池、電容、超 ^ . y. ”” 此以下先就本案整體系統做一詳 揭路,之後再對磁性電容單元作一介紹。
接下來請參閱第一圖,其係 能電源系統的功能方塊M 《太~ 以主要是將m圖。本貫施例所述之太陽能電源系 要疋將先月匕轉換成電能加以儲存復以可提供負載16 使用。太龍轉系統1大體包財魅概電儲能單元 一電能轉換单元12及—切換關14。其中光電儲能 單兀10疋提供光能轉電能的轉換,且可將轉換之後的電能 加以儲存。電能轉換單元12耦接於光電儲能單元10,其 是將光電儲能單元10儲存之電能轉換成可以供負載16使 用之電能,例如視負载16之用電需求可能是交流電源或直 流電源,因此電能轉換單元12可以相對是直流/交流換流 器【如太陽光變頻器(Photovoltaic Inverter,簡稱pv inverter)】或是直流/直流轉換器。切換開關14耦接於電能 轉換單元12、負載16與一供電來源(p0wer SUppiy source ) 之間,主要用來切換電能轉換單元12或供電來源來與負载 16連接,而此供電來源可以是一交流電源(如市電)或是 一直流電源(如電源轉換器輸出提供的直流電源)’以使負 載16可以從電能轉換單元12或是供電來源取得電源供應。 8 201017893 本實施例之光電儲能單元10是包括有一太陽能電池 (solar cell) 10卜一單向設計的導通元件1〇3及一蓄電單 元105其中導通元件1〇3疋麵接於太陽能電池I。】與蓄 電單元105<間,以使太陽能電& 1〇1將光能轉換成的電 月b輸出至蓄電單元1〇5儲存,以避免蓄電單 電能逆流至太陽能電池101,而此導通元二在= 僅提供單向性導通的二極體(diGde)做舉 ❹ 元㈣則是由至少一個磁性電容組成,本實施例::: 個磁性電容作舉例說明,但亦可以是如第二圖所示由多個 磁性電容透财聯及並聯歧合串麟的轉連接 構成一蓄電單元H)5A’故對於熟習該項 電容的數量是可以視需求(如視太陽能 的規格或疋負載_需求電源量)而構成。 ㈣例之光電儲能單元10是具有複數個,而這些 杳# ϋ70 ^之間是透過並聯方式連接。具體來說,本 各*電儲能單元丨。中的蓄電單元⑴5透過並聯 ’以使各蓄電單元ι〇5所儲存之電量可以透 電容可而達到相互平衡,亦即儲存電量高的磁性 量低的磁性電容充電,最後使得各蓄電 個的光電儲二i之電量呈現相等。故本實施例所提供複數 角度或各位:'1〇可以透過分散設置的方式來接收各 可:充分接收曰以使各光電儲能單元1〇可以儘 單元105轉換成電能儲存,而讓各蓄電 101轉換幹出3^述平衡的功㊣來充分儲存各太陽能電池 儲存=能,以使各蓄電單元105之間出現電量 9 201017893 接下來進一步說明本實施例所述之磁性電容的構 成’並請參閱第三圖,其係為本發明實施例之一磁性電容 示意圖。如第二圖所示磁性電容2( magnetic capacit〇r )包 括一介電層20、一第一磁性電極22及一第二磁性電極24, 其中介電層20係設置於第一磁性電極22與第二磁性電極 24之間’以於在第一磁性電極Μ與第二磁性電極24處累 積電荷以儲存電位能,且第一磁性電極22與第二磁性電極 鲁 24係由具有磁性導電材料所構成,並可藉由對第一磁性電 極22與第二磁性電極24外加電場進行磁化,而使第一磁 I電極22與第二磁性電極24内分別形成磁偶極(magnetic :〇1:) 26、28,如此可以在磁性電容2中構成一磁場而 仑對帶電粒子的移動造成影響,因此使得磁性電容2中的 二電層20可以用來儲存電能及藉由磁偶極26、28形成的 礤場來避免電能漏電。 為前述第—磁性電極22與第二磁性電極24之材質可以 素’介電層2G係由氧化鈦(™3)、氧化鎖欽 1 )或—半導體層,例如氧化矽(silicon 〇xide)所構 雷^而本發明並不限於此’第一磁性電極2 2、第二磁性 74舆介電層2 G均可視產品之需求而選用適當之其他 中&並 第二圖中第一磁性電極22與第二磁性電極24 上传ΓΓ㈣來表^磁偶極26、28,磁偶極26、28實際 習該ιΐίϋ整齊排列的微小磁偶極所疊加成,然而對於熟 向iiMP :者而言’本實施例對於磁偶極26、28之形成方 …、t疋,如可以指向同一方向或不同方向。 201017893 根據前述說明,前述第三圓 ❹ 理主要是利用第一磁性電極22不之磁性電容2,其原 排列的磁偶極26、28來形成磁場,=性電極24中整齊 存的電荷朝同—自旋方向轉動Λ使得介電層2〇中儲 列,因此在介電層2〇中即可以容:丁整齊且緊密的排 磁性電容2的電能儲存密度。由於m電荷,進而增加 係由電谷之面積A、介電層之介質當 '。谷_ %容值c 如下公式(-),因此類比於習知電#及厚度d決定, 容2相當於藉由磁場之作來=冑施例之礙性電 而造成電容值之大幅提升。术作介電層之介電常數,故 C = f〇fdi d .........公式(一) 在此要㈣強調,本實關< 全部係以電位能的方式進行儲存電#2儲存的能量 存的其他能量儲存媒介(例如傳統電池Π要二學J 5 外,更因充分保有電容的二f可匹配的能量儲存密度 數)、盔記情嗖庫矸、隹—- 士玄具有壽命長(高充玫電次 故可有效解決當前電池所_的、特點’ 能元件多半以化學能的方式進行儲存,知; =之否則往往會造成效率的大幅下降。相較於 ====;的方式進行儲存’且因所 磁性電容2以及周邊電路連接,進而縮小磁性 L,ί:!與重量,由於此製作方法可使用-般半導體 μ其應為熟習該項技藝者所熟知,故在此不予資述。 11 201017893
請參閱第四圖,其係為本發明另一實施例之一磁性電 容之示意圖。磁性電容3係包括一介電層30、一第一磁性 電極32與一第二磁性電極34,其中介電層30係設置於第 一磁性電極32與第二磁性電極34之間。第一磁性電極32 更包括有一第一隔離層320、一第一磁性層322及一第二 磁性層324,弟一隔離層320是設置於第一磁性層322與 第二磁性層324之間。第二磁性電極34更包括一第二隔離 層340、一第三磁性層342及一第四磁性層344,第二隔離 層340是設置於第三磁性層342與第四磁性層344之間。 第一隔離層320與第二隔離層34〇均是由非磁性材料所構 成0 第四圖所示之磁性電容3之操作原理係與第三圖所示 之磁性電容2相同,—樣是透過外加電場於第-磁性層 322'第二磁性層324、第三磁性層342與第四磁性層Μ#, 而,第石兹f生層322、第二磁性層324、第三磁性層342 與第四磁性層344中分別形成磁偶極(magnetic dipole) 二5、36。因此磁性電容3在磁化過程中’可以藉 由不同的外加電場,你丨知蚀绝 Λ94 ”如使第一磁性層322與第二磁性層 324中的磁偶極31、33分 磁性層342與第四磁性;^同的方向,以及使第三 π间66古a , 層344中的磁偶極35、3ό分別具有 樣本實施例對於磁偶極3 性電谷3之漏電抓同 定,如可叫向同—方向或之形成方向並無限 在此特別強調,前述之笛 電極Μ之結構並不限於^^磁^電極32及第二磁性 义之二層結構,而可以類似之方 12 201017893 式,以複數個磁性層與非磁性層不斷交錯堆疊,再藉由各 磁性層内磁偶極方向的調整來進一步抑制磁性電容3之漏 電流’以達到幾乎無漏電流的效果。 再者為了更突顯本發明所述之磁性電容具有高能量 儲存密度之技術特點,請參閱第五圖所 性電容與其他能量儲存媒介之作崎,從第=== 楚得知磁性電容㈣於—般電容(Capaeit⑽)、電化學超 級電容(electrochemical supercapacit〇rs )、電池 j^eries)、燃料電池(fud ceUs)是具有較佳的能量儲 存被度’並藉由此磁性電容之技術特點,而得以讓蓄電單 =05可从有高功率輸出、快速充放f、从充放電次 數限制、體積小、重量輕的技術效果。 久丄i复參㈣—圖’太陽能電源系統1之動作方式係透過 2電儲能單元K)中的太陽能電池1〇1來吸收白天的日光 ”、、射,並將光能轉換成電能輸出至對應的蓄電單元奶進 存^當各蓄電單元1〇5儲存電能已飽合時,則 I透過控制切換開關14的切換方向,例如於當夜間無 時即可控制此切換開關14將電能轉換單 : 提供給細使用,因此負載16即可透過此 太陽能所轉換輸出之電能使用,以達到節約能收 =而耗盡時,則可再透過切換開關14的 載16直接接收供電來源(例如:市電),而使得光能儲ί π =量收日光照射,叫=轉茲 的月匕讀存之動作,疋以藉由重複上述動作之執行 13 201017893 達到光電儲能單元料斷儲能,以提供負載16所需之不 同於市電的另一種電源。 此外需要說明的是’本實施例雖然提供有電能轉換單 兀12,但若負载16所需之電源屬於直流電源,且若蓄電 單元105所儲存之電能規格是符合負載16所需,則蓄電單 = 105所輸出之電能可以不透過電能轉換單元12的處理而 直接長·供給負载16使用。
个只她例扠仏的光能轉換單元1〇之數量雖然 =複數個作舉例㈣,但亦可以僅輯— 栽 需之電能。 、戰汀 ^述說明田%芯个赞叼提供的太陽能電源 系、、先1具有體積小之技術特點,且可在有日糾進雷 =無日光,行放電_作,藉以增加產品的功能性。 實i 畜電單元105使用的元件係可透過半導體製程 =得太陽能電源系統1得以模組化整合的方式來 (生及便利’且可歧和於各種需要❹魏場合彈 而已惟凡上:為f f明之實施例 ,改良,而這些改變仍屬於本種 定之專利範财〇 Μ賴做W下所界 【圖式簡單說明】 第圖圖係為树_關之—域“ _狀功能方棟 14 201017893 第二圖係為本發明另一實施例蓄電單元之示意圖; 第三圖係為本發明實施例之一磁性電容之示意圖; 第四圖係為本發明另一實施例之一磁性電容之示意圖;以 及 第五圖係為將磁性電容與其他能量儲存媒介作比較之示意 圖。 【主要元件符號說明】 1太陽能電源系統 10光電儲能單元 101太陽能電池 103導通元件 105、105A蓄電單元 12電能轉換單元 14切換開關 16負載 磁性電容 20介電層 22第一磁性電極 24第二磁性電極 2 6、2 8磁偶極 磁性電容 30介電層 31、33磁偶極 32第一磁性電極 320第一隔離層 322第一磁性層 324第二磁性層 15 201017893
Φ 34第二磁性電極 340第二隔離層 342第三磁性層 344第四磁性層 35、36磁偶極 16