向手持装置提供电能的太阳能装置 【发明领域】
本发明涉及能将太阳能转换为电能(光生伏打原理)的太阳能装置，特别是可用于向手持装置提供电能，不论在室内(建筑物或其它封闭物内)或室外(建筑物或其它封闭物外)。
【发明背景】
通过使用诸如光生伏打电池、阵列、太阳能无源吸收剂、太阳炉等系统将太阳能转换成电能在业界已广为人知。也曾提出一些系统来将太阳能转换成电能，但这些系统采用的装置都很难制造，例如密封的室外叠层36太阳电池盒。
例如，美国专利号4,080,221说明了一种将太阳能转换成电能的系统，它采用一种基本密封的防风雨小室作为太阳能收集器。美国专利4,493,940说明了一种太阳能收集器，其上装有光生伏打电池，该组件放在用金属密封圈密封的小室中，美国专利号4,373,308说明了一种平板太阳能收集器，与光生伏打电池阵列呈间隔关系。
将太阳能转换成电和直流电能的其它系统采用复杂方法来传送太阳能。
上述方法和装置都不适用于将太阳能转换成电能用于向手持装置供电，因为这些手持装置要求有足够高的电平供室内和室外使用。
发明概述
背景技术未能讲述或建议为向手持装置供电而将太阳能转换成电能的可靠而廉价的系统。背景技术也未能讲述或建议向PDA装置(例如Palm Vx或Ipaq PDA)的充电电池供电的系统。背景技术也未能讲述或建议向便携式电脑(便携式或笔记本)或蜂窝电话的充电电池供电的系统。背景技术也未能讲述或建议通过转换室内光(人造光)和室外光(太阳光)来供电的系统。
本发明通过提供从室内光(人造光)和室外光(自然光、太阳光)，将太阳(光)能转换成DC(直流)电能的装置，克服了背景技术的这些缺陷。应注意本文中所使用的术语“太阳能”指来自任何类型光的能量，不论是自然光例如阳光，还是人造光。术语“太阳能电池”指任何类型的光生伏打电池或光生伏打能量转换装置。本发明适合于向各种手持装置供电，例如PDA装置、便携式电脑、蜂窝电话等，也适用于向这些手持装置相关联的电池充电。
按照本发明的优选实施例，提供一个太阳能电池面板，它包括有多个太阳能电池。将面板构建成能从自然光或人造光供电。面板的特点是最好有一衬底，其上安装太阳能电池。电池间的互连材料，也称为“汇流排”，最好也安装在衬底上。应理解，此处术语“安装”表示任何类型与衬底的连接，包括但不限于胶粘到衬底上，嵌入到衬底内，或是衬底本身的一部分。
面板最好构建成能降低光的反射，这样可增加被吸收的光量和随之而产生地光量。可选以及更好的是，至少部分面板涂有抗反射涂层。
或者以及更好的是，面板用能降低光反射和/或散射的元件构建。例如，可选以及更好的是，面板的特点是具有用黑色材料(例如黑色玻璃纤维)构建的衬底，虽然其它任何适合的材料都可使用。可选以及更好的是电池至少涂上氧化铬，已知氧化铬可吸收大部分的光谱。氧化铬，又称为黑铬，在业界已知是用来构建太阳能电池的。作为制造工艺的一部分，太阳能电池用黑铬制造，作为抗反射涂层。黑铬具有低反射率以及低放射率的特性，所以一旦光能被吸收，就会陷于材料中，而不是从材料中发射出来。当然，其它吸收剂和/或抗反射和/或抗散射材料也可选用。
电池间的互连材料，又称为“汇流排”，最好用也是吸收剂和/或抗反射和/或抗散射的材料。互连材料也包括导电材料。可选以及更好的是，这两种特性都存在于单一材料和/或混合物和/或合成物中，例如碳。碳(石墨)阳极或阴极可任选用来制造常规的非太阳能电池，因为这种材料导电。这种碳材料也具有是黑色，故有吸收和/或抗反射和/或抗散射等所需特性。所以，石墨也可用来构建本发明太阳能板的互连材料，或汇流排。这种材料最初是为航天工业开发的，已有市售(AD+DLtd.，Israel)。或者，互连材料的导电部分可任选涂复一种能吸收和/或抗反射和/或抗散射的涂复材料。
本发明的该可选但优选实施例具有许多使本发明不同于背景技术的特性，因为目前汇流排通常用高反射材料构建，例如银或金属混合物。
按照本发明，这些不同类型的可选但优选的材料组合构成本发明的“黑上黑(black on black)”太阳能板技术。
按照本发明的可选但优选实施例，该装置可选但优选包括某种类型的容器，例如PDA盒、便携式电脑包、蜂窝电话套或用于待供电装置的任何其它容器，以及按照本发明的太阳能板，用于向装置供电。或者如下述，容器可任选构建成仅放太阳能板，或者最好容器有多个组件，可分别放太阳能板和待供电的装置。
按照本发明还提供了一个将太阳(光)能转换成电能的系统，包括一个围绕光生伏打电池阵列的基本未密封的未附着的小室，一个旁路和/或放置在和光生伏打电池阵列同一平面上的阻塞二极管。
按照本发明的另一实施例，提供了向电气装置(例如PDA装置，便携式电脑和蜂窝电话)供电的电气系统，其中部分电源从光生伏打电池导出。
按照本发明的优选实施例，将太阳能转换成电能的装置还包括电连接到光生伏打电池阵列的电池组，用于接收光生伏打电池所产生的直流电能，以及一个直流变换器，用于将电池组提供的交流电源转换成直流电源。可选但更好的是，该装置包括交流电多插头电源，以便在电池电压电平允许和需要的情况下，该装置可任选从另一电源接收电能。也是可选但更好的是，该装置包括一个电池充电器，该充电器电连接到电池组和交流电源，用于从交流电源向手持装置的电池充电。
也是可选但更好的是，提供一个控制面板，用于电连接和断开电气系统的元件。按照本发明的优选实施例，控制面板包括调压器。
按照本发明的又一优选实施例，将太阳能转换成电能的装置还包括当电池组已完全充电时将电能从光生伏打电池传送到任何电源装置的装置，例如利用专用的多插头装置。
按照本发明的优选实施例，将太阳能转换成电能的装置最好还包括独特的太阳能电池结构，使该装置又能在室内工作，将人造光转换成DC(直流)，又能在室外工作，将太阳光转换成DC。
附图简要说明
从以下结合附图的详细说明中可以更充分的理解和鉴赏本发明。附图包括：
图1为按照本发明的示范太阳能电池(光生伏打电池)的示意方框图；
图2为按照本发明的示范面板的示意方框图；
图3为按照本发明的示范系统的示意方框图；
图4示出按照本发明的示范面板的照片；
图5A和5B示出按照本发明的示范容器的两方向的照片；以及
图6示出按照本发明的另一示范容器的照片。
优选实施例的详细说明
本发明是从室内光(人造光)和室外光(太阳光)将太阳(光)能转换成DC(直流)电能的装置，系统和方法。应注意本文中所使用的术语“太阳能”指来自任何类型光的能量，不论是自然光例如阳光，还是人造光。术语“太阳能电池”指任何类型的光生伏打电池或光生伏打能量转换装置。本发明适合于向各种手持装置供电，例如PDA装置、便携式电脑、蜂窝电话等，也适用于向这些手持装置相关联的电池充电。
按照本发明的优选实施例，该装置的特点是有一个太阳能电池面板，它包括有多个太阳能电池。将面板构建成能从自然光或人造光供电。面板的特点最好是有一衬底，其上安装太阳能电池。电池间的互连材料，也称为“汇流条”，最好也安装在衬底上。应注意，此处所用的术语“安装”表示任何类型与衬底的连接，包括但不限于胶粘到衬底上，嵌入到衬底内，或是衬底本身的一部分。
面板最好构建成能降低光的反射，这样可增加被吸收的光量和随之而产生的能量。可选以及更好的是，至少部分面板涂复有抗反射涂层。
或者以及更好的是，面板用能降低光反射和/或散射的元件构建。例如，可选以及更好的是，面板的特点是具有用黑色材料(例如黑色玻璃纤维)构建的衬底，虽然其它任何适合的材料都可使用。可选以及更好的是，电池至少涂上氧化铬，已知氧化铬可吸收大部分的光谱。氧化铬，又称为黑铬，在业界已知是用来构建太阳能电池的。黑铬具有低反射率以及低放射率的特性，所以一旦光能被吸收，就会保持陷于材料中，而不是从材料中发射出来。当然，其它吸收剂和/或抗反射和/或抗散射材料也可选用。
电池间的互连材料，又称为“汇流排”，最好也用能吸收和/或抗反射和/或抗散射的材料。互连材料也包括导电材料。可选以及更好的是，这两种特性都存在于单一材料和/或混合物和/或合成物中，例如碳。碳(石墨)阳极或阴极可任选用来制造常规的非太阳能电池，因为这种材料导电。这种碳材料也是黑色，故有吸收和/或抗反射和/或抗散射等所需特性。所以，石墨也可用来构建本发明太阳能板的互连材料，或汇流排。或者，互连材料的导电部分可任选涂复一种能吸收和/或抗反射和/或抗散射的涂复材料。
本发明的该可选但优选实施例具有许多使本发明不同于背景技术的特性，因为目前汇流排通常用高反射材料构建，例如银或金属混合物。
按照本发明，这些不同类型的可选但优选的材料组合构成本发明的“黑上黑”太阳能板技术。
光生伏打电池阵列可选和最好包括18-36单晶硅室外EFG太阳能电池，其中每个可选具有5cm×1.25cm尺寸，用捷克拉斯基法生长的晶块制造，作为特殊单晶高效室内/室外光生伏打电池的实例。阵列也最好包括18-36个薄膜Sanio amron室内PV(光生伏打)电池，在室内和室外电池间交替，可选作成18-36电池的串联。
每个阵列可选和最好包括10行9-18个方电池。以下将详述，电池以及阵列的大小(例如每行和总阵列的电池数)最好根据拟输出的电能来确定。每一行最好能产生每小时多达10W，每个阵列最好能产生每天多达20W(12伏时为2安培)。
按照本发明的可选但优选实施例，该装置可选但最好包括某种类型的容器，例如PDA盒、便携式电脑包、蜂窝电话套或用于待供电装置的任何其它容器，以及按照本发明的太阳能板，用于向装置供电。或者，如下述，容器可任选构建成仅放太阳能板，或者最好容器有多个组件，可分别放太阳能板和待供电的装置。
本发明适合于和任何类型的电子装置一起工作，包括但不限于CD播放器、MP3播放器、便携式电脑、蜂窝电话、数码摄像机、投币式自动电唱机或GPS装置。
不同的配置和结构可任选用于容器和面板。例如，一个或多个面板可任选位于容器之外，然后最好连接到容器内的装置上，例如连接到装置的电池或电池组上。如果面板位于容器外侧，可选用透明或半透明(例如部分透光)的盖子，例如用适合的塑料材料构成的盖子将面板保护起来。或者，一个或多个面板可任选位于容器之内，容器可打开，让光到达太阳能板。然后可选将装置放在容器的单独小室中，或者放在容器之外，仅通过某种类型的插头连接到太阳能板。
按照本发明的可选但优选实施例，插头可选有两部分：第一部分针对供电的装置和/或产品的类型，例如按照制造商的要求制造，第二部分连接到太阳能板，其特点是在末端有“通用连接器”。这个通用连接器然后可连接到连接器的第一部分。例如，可选通用连接器是插座，而第一部分是具体为特定类型的装置和/或产品而设计的插头(即按照装置上的电源插座的结构而设计)，是一个能连接到通用连接器上的插座中的插头。
按照本发明的又一优选实施例，手持装置的容器用绝缘材料形成。
按照本发明的又一优选实施例，连接电环流系统各元件的导线或汇流排用防锈材料制造。
按照本发明的优选实施例，容器包括框架、背板、EVA盖以及放置在外壳的背板和框架之间的苏格兰胶粘材料，用于将背板连接到框架上。EVA是一种透明材料，像玻璃、硬玻璃叠层板或透明环氧树脂，可以允许光线通过。透明环氧树脂是作为一种坚固稳定的材料研发来用于外层空间的。EVA也可选择用加热硬化。电池可选并最好是保持在两层EVA之间。或者，可选择用TefzetTM(美国杜邦)将电池层叠，在TefzetTM加到电池上后将其加热，形成叠层。
最好配有各种连接器以便互连系统的电气元件，可选和更好的是通过框架上的开口使电气连线能连接到电池板上的光生伏打电池以及手持装置或其他要供电装置。最好，这些连线连接到手持装置或其它要供电装置的电池上。
按照本发明的电池板可选并最好是放在容器的一部分内，使光生伏打(太阳能)电池能暴露给光线。例如，框架的特点可选择有电池板托架以支撑电池板，最好支撑在板的背面和/或板的边角和/或板的一部分和/或连接到板上但最好不起光生伏打电池作用的元件上，或者可将其作成板的“手柄”。
按照本发明的又一优选实施例，框架和背板用轻的玻璃纤维材料制造。
按照本发明的又一优选实施例，EVA盖是可移动式地附着在框架上，最好可以从框架上取下。
按照本发明，还提供了将太阳能转换成电能的一种系统，包括基本不密封不附着的外壳来容纳光生伏打电池阵列，以及放置在光生伏打电池同一平面上的旁路二极管。
按照本发明的另一实施例，提供了一种电气系统，可向诸如PDA装置，便携式电脑和蜂窝电话等电气装置供电，其部分电能是从光生伏打电池导出。
按照本发明的优选实施例，将太阳能转换成电能的装置还包括一个电池组，它连接到光生伏打电池阵列，用于接收光生伏打电池所产生的电能；以及还包括一个直流变换器，用于将电池组提供的交流电能转换成直流电能。可选和最好的是，该装置包括一个交变电源，以便在电池的电压电平允许并需要时接收其它电源的电能。可选和最好的是，该装置可包括一个电连接到电池组和交变电源的电池充电器，用于从交变电源向手持装置的电池充电。
当太阳能光生伏打电池的电压电平允许时，可选择该装置向其它电气装置供电，例如通过提供这种交流和/或直流电源的电路。
可选和最好的是提供一个控制面板，用于电连接或断开电气系统的元件。按照本发明的优选实施例，该控制面板包括调压器。
光生伏打阵列(按照本发明是阵列板)最好电连接到电气系统。电气系统最好包括电池组，或多个电池，用电缆连接到光生伏打阵列上。电池组最好也通过控制板电连接到向手持这种和/或其它电气装置提供直流电源的电路上。该电池组可选和最好是也用多插头电缆连接到直流/交流变换器上。变换器将电池组的直流电流转换成220V或110V，50Hz的交流电流，并将该电流提供到某些电路，这些电路再将交流电能提供到电气装置上。这种多插头装置最好能连接到电气装置上。
电池组通常包括至少一个密封的电池，容量为1.00到2.00AH，以20小时计算。合适的市售电池为英国SEC Ltd.，Inver Bucks SL19AG制造的LI-ON电池。控制面板和变换器通常都包括在单个的可用市售电源单元中，例如美国Photocomm Inc.，Scottdale Ariz制造的TRACE。
按照本发明的又一优选实施例，将太阳能转换成电能的装置还包括当电池组已完全充电时将光生伏打电池的电能传送到任何电源装置的装置，例如利用特殊的多插头装置。
按照本发明的优选实施例，将太阳能转换成电能的装置最好其包括的独特的太阳能电池结构能使该装置既能在室内工作(将人造光转换成直流)，又能在室外工作(将太阳光转换成直流)。如前所述，这种结构最好利用本发明的“黑上黑”技术，以求太阳能电池工作的最大效率。
参阅附图和说明就可更好的理解本发明的原理和工作。现参阅图1，图中手持按照本发明的示范太阳能电池(光生伏打电池)的示意方框图。如图所示，电路100有多个光生伏打电池102(AEG AG，德国)。在所示电路100的示范实施方案中，有九个光生伏打电池102，应理解这仅是为了讨论而非意欲限制。每个光生伏打电池102的大小以及电路100中所包含的数量可选和最好是根据要产生的电源量而定。例如，可选和最好是每个光生伏打电池102大约为10mm×50mm。这样电路100大约为100mm长，60mm宽。当然任何合适大小和数量的光生伏打电池102和/或电路100都可选择使用。对于图示的电路100，该方案可产生大约150mA和8.2V的电能。
在光生伏打电池102之间最好具有汇流排，作为互连材料的一个实例，而且最好还作为光生伏打电池102之间的网格。
电路100还最好包括阻塞或旁路二极管106，以迫使电流仅向一个方向流动。如图所示，阻塞二极管106最好与光生伏打电池串联，防止光生伏打电池102上有反向电流，从而保护了光生伏打电池102不会受热破坏(如果这种反向电流不被阻挡就可能发生热破坏)。阻塞二极管106也可用旁路二极管来实现，它连接到一个或多个光生伏打电池102上(未示出)，如果一个或多个光生伏打电池102反向偏置，它就导通。也可选择将旁路二极管反并联连接在部分多个光生伏打电池102上，例如保护光生伏打电池102不受热破坏。
电路100最好还包括电阻器108，用于调节电流和电压的电平。可选和最好的是，电路100包括有LED(发光二极管)110或其它发光装置，用于向用户显示电路100能够提供电能。
电路100也最好(通过电阻器108)连接到需供电的装置上(未示出)。
图2是按照本发明的示范(电池)板的示意方框图。应注意图2是高度示意性的，出于必要，某些元件未予示出，以使其余元件间的关系更为清晰。而且，图2所示的元件是按其逻辑关系示出，不必要按其实际位置示出。
图2示出电池板200，包括有多个光生伏打电池102，用互连材料例如汇流排104连接。光生伏打电池102可选用胶或其它粘接物质安装在衬底202上。汇流排104也最好安装在衬底202上，也可选择用胶或其它粘接物质。
如前所述，光生伏打电池102、汇流排104和衬底202最好都用基本吸收和/或抗反射和/或抗散射的材料构成，这种材料最好也具有低反射率，如前所述。例如，光生伏打电池102可选和最好是至少涂上氧化铬，也称为“黑铬”。也可选择购买已有黑铬(抗反射涂层)的光生伏打电池102。汇流排104还包括导电材料。可选和最好是，这两种特性存在于单一种材料和/或混合物和/或合成物中，例如碳。碳(石墨)可选择使用，因为这种材料导电。或者，汇流排104可选择涂复一种能吸收和/或抗反射和/或抗散射的涂复材料。
按照本发明，这些不同类型的可选和优选的材料组合构成了按照本发明的“黑上黑”太阳能板技术的实例。
板200还最好具有电连接元件204，可选和最好包括图1的电阻器和阻塞和/或旁路二极管(未示出)，可选和最好包括图1的LED(未示出)。电连接元件204也最好包括有通用连接器206，该连接器最好能连接到特定的连接器208上。特定的连接器208最好一端能连接到通用连接器206，另一端能通过连接向要供电的装置供电(未示出)。
图3是按照本发明的示范系统的示意方框图。也应注意图3是高度示意性的，出于必要，某些元件未予示出，以使其余元件间的关系更为清晰。而且，图3所示的元件是按其逻辑关系示出，不必要按其实际位置示出。
图3示出系统300，包括有图2的板200。板200可选和最好是连接到控制面板302。如图所示，最好将多个板200连接到控制面板302上。控制面板302最好可电连接或断开系统300的元件。按照本发明的优选实施例，控制面板可包括至少一个，最好多个调压器304，如图所示。电池308可选择连接到要供电的装置(未示出)，该电池通常是更供电装置的一部分。在电池308和板200之间可选择有一个交流电路。
控制面板302可选和最好是包括传送装置322，在电池308完全充电时将来自光生伏打电池102的电能传送到任何供电装置(未示出)，例如使用多插头装置(未示出)。附加电池316可选择用作缓冲电池，例如在没有足够的光线供电给装置来接收电能和/或开始充电时。电池316最好是可充电的，以便能用作小的电能蓄积器。当需要一定量的电能，例如用于便携式电脑或其它装置，和/或用作后备电源，和/或在没有足够光线的情况下，这种方案可特别优选。最好，电池316适合于放置在要充电装置的容器内(未示出)。
电池308也可用电池组中的多个电池来实现，用于任何上述结构。
图4示出按照本发明的板200的照片。光生伏打电池102和汇流排104清晰可见，还有衬底202。部分衬底202可选择用作手柄400。
图5和6示出示意性而非限制性的按照本发明的容器实例，可和电子装置一起使用。
图5A和5B示出示范容器500的照片，用于放置蜂窝电话、PDA或其它这种手持和/或便携式装置并向其供电。应注意，在工作时不需要将要充电的装置放置在容器500内，且实际上工作时最好不要将要充电的装置放置在容器500内。容器500包括有图5A所示的板200。图5B示出容器500的背面(另一侧)，示出可选携带夹502。
图6示出另一容器600，其中有两个板200，当容器600关闭时，板200受到保护但也就不能接收光线，打开容器600，如图6所示，板200就能接收光线并供电。
应理解上述说明应仅视为实例，在本发明的精神和范围内可能有许多其它的实施例。