專利名稱：利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種將以透光性基板、透明電極等基本組件所制成的光伏電池模塊/板〔photovoltaic(pv)module/panel〕布署于一空心立體結(jié)構(gòu)物內(nèi)部，再以一適當(dāng)波長的人造光源予以均勻照射，使該光伏電池模塊/板產(chǎn)生大于人造光源所耗電能功率的電能，再加以適度地儲(chǔ)存、利用。
背景技術(shù)：
人類自從發(fā)現(xiàn)電能以來，電能即大大地改善了人類的生活，在物質(zhì)文明的層面上，造就了驚人的進(jìn)步。由于對(duì)電能的極度依賴與大量的需求，人類不斷地從事各種能源的開發(fā)，以求獲取轉(zhuǎn)換為電能。在人類貪婪的大規(guī)開發(fā)與破壞下，我們賴以生存的地球正逐步悄悄地展開反撲，諸如溫室效應(yīng)、圣嬰現(xiàn)象、各種污染、綠地漠化、酸雨...等等，幾乎都是由于追求物欲的工業(yè)化結(jié)果。而無限擴(kuò)張的物欲與深度工業(yè)化的代價(jià)，就是能源枯竭與環(huán)境污染，以及人類可能的自我滅絕。
近三、四十年來，由于環(huán)境污染嚴(yán)重、氣候異常，人們終于驚覺到在能源的開發(fā)上應(yīng)盡快摒棄高污染的石化、核能等的手段，而改采干凈無污染的太陽能發(fā)電。由于太陽內(nèi)部不斷地進(jìn)行熱核反應(yīng)，就等同于每秒鐘都有千萬個(gè)氫彈同時(shí)爆炸，(估不論其實(shí)際反應(yīng)和氫彈的些許不同)，而這些“爆炸”供應(yīng)了大量的光與熱。由于太陽的質(zhì)量十分碩大，它大約可以再維持50億年才會(huì)成為一顆紅巨星；也就是說，在太陽死亡之前人類都可以善加利用太陽能，進(jìn)而再研發(fā)更優(yōu)秀的能源，在太陽系滅亡之前“逃”往另一座星系，以延續(xù)人類的生命。
光伏電池的現(xiàn)象是由法國的物理學(xué)家Edmund Becquerel在1839年首次發(fā)現(xiàn)；到1900年德國科學(xué)家普朗克(planck，Max 1858.4.23.～1947.10.4.)以物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論中不連續(xù)概念，提出輻射量子論，并在1905年由愛因斯坦成功解釋光電效應(yīng)，人類才在深入研光和物質(zhì)相互作用的微觀結(jié)構(gòu)，逐漸確立光量子理論，發(fā)展出量子力學(xué)；也因此進(jìn)一步促進(jìn)了光伏電池的研究與開發(fā)，在早年由美蘇等強(qiáng)權(quán)的太空計(jì)劃中，光伏電池更大大地證明其實(shí)用性。
光伏電池大略可分為單晶、多晶及非晶等類別。單晶電池由單結(jié)晶硅制成，效率最高，理論極限值可以達(dá)到29％的效率；多晶硅電池效率略低，但因成本較為低廉，故被比較廣泛使用。至于非晶類即如薄膜電池，其成本也低，但因效率并不高，目前通常使用在用耗電量較低的小型電子產(chǎn)品方面。另外，屬于化合物半導(dǎo)體類的鎵化砷(GaAs)電池，也屬于單晶材料，由于成本極高，僅運(yùn)用在特殊用途上。
在目前，光伏電池的使用，依其目的規(guī)模通常都需要大面積的數(shù)組，這是由于光伏電池受限于效率及成本因素。在先進(jìn)國家，為了有效利用太陽能發(fā)電，更有許多住宅、商業(yè)大樓、學(xué)校、醫(yī)院等的建筑物采用了光伏電池模塊或鑲板(pv panel)，并將之設(shè)計(jì)成一種裝飾。也有一些廠商干脆將光伏電池模塊制成瓦片(pv tile)等等。這些設(shè)計(jì)或產(chǎn)品再經(jīng)過配電、換流器及控制系統(tǒng)，即可以供應(yīng)免費(fèi)電力；此外更可以與市電系統(tǒng)整合，在夜間或陰雨或因緯度及季節(jié)因素致日照不足時(shí)，則由功率調(diào)節(jié)器及換流器等自動(dòng)切接市電，以維持負(fù)載的運(yùn)轉(zhuǎn)；反之，在自身能量使用較低時(shí)，亦可將多余的光伏電池所產(chǎn)生的能量注入市電網(wǎng)絡(luò)。
由于光伏電池發(fā)電系統(tǒng)的使用目前仍受限于許多技術(shù)及天候條件，在設(shè)計(jì)使用前必需參考太陽光譜值，氣團(tuán)(air mass AM)，環(huán)境條件如周圍溫度、地形、風(fēng)向、風(fēng)力、相對(duì)濕度、熱沖擊、冰雹、降雪、雨量、日照量、落塵、地域緯度等等，另外，選用材料的機(jī)械規(guī)格、電氣規(guī)格等等條件均需仔細(xì)、通盤考量，才能得到安全與合理的效益。由于這些條件都受到很嚴(yán)厲的要求及限制，因此雖然各國政府都提供優(yōu)渥的獎(jiǎng)勵(lì)條件，但太陽能發(fā)電的理想，還不能得到普遍的實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的即在提供一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電方法及其裝置；可以減少油源或其它天然資源的開采，或停止核能電廠及其它型態(tài)電廠的興建與運(yùn)轉(zhuǎn)，以降低污染，并進(jìn)一步保護(hù)地球環(huán)境及保障人類永續(xù)生存。
本發(fā)明的次一目的即在提供一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電方法及其裝置；可以穩(wěn)定的發(fā)電、蓄電、配電、供電，獨(dú)立自主且無需長期負(fù)擔(dān)電費(fèi)的全新且經(jīng)濟(jì)的模式使用電用具，以盡情享受電子設(shè)備與科技成就。
本發(fā)明的再一目的即在提供一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電方法及其裝置，可以不受晝夜、氣候、地域緯度及其它自然條件限制，持續(xù)產(chǎn)出無污染的電能。
本發(fā)明的復(fù)一目的即在提供一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電方法及其裝置，以獨(dú)立自主、低成本且高效率的方法及設(shè)備，提供偏遠(yuǎn)地區(qū)加速開發(fā)或海水淡化的電力條件。
本發(fā)明的又一目的即在提供一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電方法及其裝置，使獨(dú)立電用具得以不受網(wǎng)絡(luò)電源限制而使用。
本發(fā)明的另一目的即在提供一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電方法及其裝置，使配備內(nèi)燃機(jī)引擎載具的動(dòng)力得以轉(zhuǎn)換使用免費(fèi)且干凈的電能。
本發(fā)明的他一目的即在提供一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電方法及其裝置，可以擺脫大規(guī)模的中央供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的束縛而以小規(guī)模獨(dú)立自主的型態(tài)，獲取源源不絕的電能，以進(jìn)一步瓦解敵人打擊我方電廠，癱瘓交通、經(jīng)濟(jì)、國防、民主等野心。
本發(fā)明的進(jìn)一目的即在提供一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電方法及其裝置，可以減少高密度輸配電網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而節(jié)省電纜電線的架、埋設(shè)工程及維護(hù)成本并降低電線走火及其它災(zāi)害的危險(xiǎn)性及發(fā)生率。
本發(fā)明的附一目的即在提供一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電方法及其裝置，可以自由拆卸移動(dòng)并重行組合運(yùn)作，以提供戶外活動(dòng)、旅游或工地、戰(zhàn)地、集會(huì)等特殊目的的臨時(shí)電源。
本發(fā)明的從一目的即在提供一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電方法及其裝置，在完整建制的系統(tǒng)內(nèi)，只要儲(chǔ)存保留有種子電能，或最原始的手搖式發(fā)電機(jī)得以提供種子電能時(shí)，即使是長年冰天雪地或永夜的地區(qū)，亦能順利啟用系統(tǒng)內(nèi)的光伏電池模塊發(fā)電，產(chǎn)生綿延不絕的電能。
為達(dá)成前述目的，本發(fā)明將目前的光伏電池模塊或大規(guī)模數(shù)組的集能組裝及裝置方式，以逆向思考作顛覆式調(diào)整。亦即將目前的光伏電池模塊、鑲板(pv panel)或數(shù)組(pv array)等面對(duì)太陽光的布署方式，改變?yōu)椴卦谙淅锒灰娞烊?，并將太陽光源改為人工光源；以及，將傳統(tǒng)不透明的單面受光光伏電池模塊/板，改為透光性良好的單面受光結(jié)構(gòu)或雙面受光結(jié)構(gòu)的光伏電池模塊/板。利用一種子電能啟動(dòng)具有適當(dāng)波長的人工光源，讓人工光源照射全面布署于空心箱體的光伏電池模塊/板，以產(chǎn)生大量電能，并經(jīng)由各種自動(dòng)電子控制元、組件及電路、蓄電設(shè)施等的調(diào)控、保護(hù)，而加以儲(chǔ)存、利用。
本發(fā)明將具備良好透光條件的單面受光或雙面受光光伏電池模塊/板，以單層圈圍或多層圈圍的方式布設(shè)于一幾何空心箱體內(nèi)。由箱體內(nèi)的人工光源與箱體內(nèi)側(cè)壁的反射層或經(jīng)光學(xué)設(shè)計(jì)、處理的面層間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，讓箱體內(nèi)的光量子，在此種對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)下，不斷地進(jìn)行反射、折射、漫射等光學(xué)效應(yīng)；如此，布署于人工光源與內(nèi)側(cè)壁反射層間的單面受光或雙面受光的單層圈圍或多層圈圍而成的透光性良好的光伏電池模塊/板，即可被大量的光量子持續(xù)不斷地撞擊而產(chǎn)生大量的電能。這些透光性良好的光伏電池模塊/板，亦可采用撓曲性(flexible)優(yōu)良的薄膜型光伏電池模塊。甚至，為加強(qiáng)幾何箱體內(nèi)的光能效益，亦可將光伏電池模塊/板/膜，在合理的位置打孔，讓光線盡可能降低衰減，以保持箱體內(nèi)光能的高效率性。此一幾何箱體，在外觀上看不出是一種傳統(tǒng)的光伏電池發(fā)電機(jī)制。以一只邊長為1.2公尺的正立方箱體為例，先于此箱體外部適當(dāng)位置設(shè)置一額定功率為150w/m2的光伏電池模塊/板計(jì)2m2，并以導(dǎo)線及控制電路等必要組件與箱體內(nèi)的人工光源聯(lián)結(jié)，由太陽光能產(chǎn)生300w的種子電能提供予箱體內(nèi)的人工光源；箱體內(nèi)部則于具反射功能的內(nèi)側(cè)壁與人工光源間，布署以單層圈圍，邊長各為1公尺，單位額定功率為150w/m2的雙面受光光伏電池模塊/板六片計(jì)12m2，則此正立方箱體即可獲得1800w的電能。若再將此獲得的1.8kw電能分別再提供予另六只同為300w的人工光源，并同時(shí)以特定波長的光照射該六只相同構(gòu)造的正立方箱體內(nèi)相同條件的透明光伏電池模塊/板，則可產(chǎn)生10.8kw的電能，并可以此類推至獲得無限大的電能，且不受任何氣候的影響。當(dāng)然，在計(jì)算所得的電能功率時(shí)，尚需扣除已轉(zhuǎn)換為人工光源的耗能部份，但仍可「節(jié)余」可觀電能以供儲(chǔ)存、利用，或轉(zhuǎn)換為氫能等其它適當(dāng)型態(tài)的能源。
前述獲取的電能可以經(jīng)由適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)設(shè)計(jì)提供予負(fù)載或蓄電設(shè)施系統(tǒng)，也可循環(huán)供應(yīng)予系統(tǒng)本身的人工光源；或是更進(jìn)一步與市電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整合予以融入。本發(fā)明的系統(tǒng)只要加以適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)、裝置合宜的自動(dòng)控制電子元、組件，如變流器、電壓控制器、功率調(diào)節(jié)器、濾波器或?yàn)V波電路、整流器、頻率產(chǎn)生器、脈寬調(diào)制控制組件、橋接電路、保護(hù)電路、半導(dǎo)體開關(guān)組件(SCR，硅控制整流器)電表、漏電偵測器等等的元、組件及導(dǎo)線、電路系統(tǒng)，即可發(fā)揮極大效益，解決許多能源問題；如有與市電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整合必要時(shí)，亦可設(shè)計(jì)、建構(gòu)銜接雙向能量交互流動(dòng)的監(jiān)控、協(xié)調(diào)及切換機(jī)制，而這些自動(dòng)控制的電子元、組件均已發(fā)展得相當(dāng)完備，在歐美、日本等先進(jìn)國家的光伏電池實(shí)際應(yīng)用上，都已經(jīng)有了相當(dāng)深化的成果，在此不再贅述。
此外，若是在夜間或其它日照不足的情況下需要即時(shí)啟動(dòng)本發(fā)明系統(tǒng)時(shí)，可以先行以蓄電池或其它的人工電源供應(yīng)種子電能以激活人工光源，進(jìn)行即刻性的數(shù)倍功率發(fā)電，并利用系統(tǒng)內(nèi)的自動(dòng)控制系統(tǒng)將倍增產(chǎn)生的電力反饋至供應(yīng)種子電能的蓄電池，或其它的蓄電設(shè)備，以儲(chǔ)存并提供負(fù)載使用及維持系統(tǒng)本身運(yùn)作所需的循環(huán)利用。
本發(fā)明應(yīng)用于運(yùn)輸載具時(shí)亦可得到相同的效益，尤以都會(huì)性功能為訴求目的的電動(dòng)車輛，更可由此順利達(dá)到不需任何外來能源，可以完全獨(dú)立自主的供能需求。以美國通用汽車公司所開發(fā)的EV1電動(dòng)車為例，EV1采32只鉛酸電池為主能源，以42kw三相感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，最高時(shí)速128km/h，一次充電可行駛大約140公里。依據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國人每天平均開車約為60～70公里，公路速限平均以88km/h(55mph)計(jì)，勉強(qiáng)可以滿足需求。但問題是，具備如此條件的電動(dòng)車一開出門到處游走，在電能耗盡，又不能適時(shí)找到適當(dāng)?shù)某潆娬緯r(shí)，那麻煩可就大了?，F(xiàn)在，利用本發(fā)明裝置可以輕易解決此一問題，即將電池供電形式模塊化，設(shè)計(jì)成若干組可以個(gè)別獨(dú)立運(yùn)作，卻又可以聯(lián)結(jié)的能源組合，并與本發(fā)明裝置聯(lián)結(jié)，由中央機(jī)制統(tǒng)合控制。當(dāng)A電池組獨(dú)立放電到一定的放電深度時(shí)，即透過系統(tǒng)中央控制機(jī)制自動(dòng)切換至B電池組；而此一已達(dá)一定放電深度，被切換停止繼續(xù)放電的A電池組，亦同時(shí)接受系統(tǒng)中央控制機(jī)制的指令，由配屬于系統(tǒng)內(nèi)的本發(fā)明裝置供電予該A電池組進(jìn)行實(shí)時(shí)性充電；車輛則改由B電池組放電供能，繼續(xù)行駛。如此一來，該電動(dòng)車可以保持在一個(gè)不需停下充電，卻又可以同時(shí)一面放電供能，又一面充電蓄能的狀態(tài)。值得特別說明的是；當(dāng)電動(dòng)車停車時(shí)，一般而言是不耗能的，本發(fā)明裝置本身就是一個(gè)便攜式發(fā)電廠，可以在任何時(shí)、地為電動(dòng)車充電，甚至在紅燈、塞車時(shí)亦然，根本不需任何外在的充電站或能源補(bǔ)充。例如，使用者驅(qū)動(dòng)配備本發(fā)明裝置的電動(dòng)車，在行駛1小時(shí)后停車，此時(shí)耗能指針為50％，亦即尚余50％的電能；設(shè)該用車人于2小時(shí)后完事返回取車，此時(shí)車上的控制機(jī)制已經(jīng)又自動(dòng)將電池組充足100％的電能了。一般人使用車輛，無論是內(nèi)燃機(jī)引擎的汽車，抑或是電動(dòng)車，均不可能長時(shí)間行駛不予停歇(職業(yè)性需求的客、貨車暫不論述)。在一般情形下，白天上班時(shí)車程鮮少超過1小時(shí)的，在到達(dá)上班處所，停放八小時(shí)后，復(fù)行驅(qū)車1小時(shí)返家，停車過夜。在此段上班的八小時(shí)停車期間以及漫漫長夜的睡眠時(shí)程，本發(fā)明裝置早已悄悄地將電動(dòng)車上的電池組充足電力，并自動(dòng)切換至「電池滿載，停止充電」，將本發(fā)明裝置關(guān)閉；第二天一早出門上班，開的又是100％足額電力的電動(dòng)車了。
不同的使用需求，可以在設(shè)計(jì)時(shí)充分考量、加以解決以滿足其條件，達(dá)到合理、方便、安全與效率的基本要求，并確保電能的供給無虞匱乏。在一輛裝設(shè)有本發(fā)明系統(tǒng)，但耗能較大的電動(dòng)車，在配置如前述的A、B二組電池組不能滿足其實(shí)用需求時(shí)，可以在合理的車重、荷重、機(jī)械效率、安全操控、乘員舒適度及其它通盤考量下，將電池組的規(guī)?；驍?shù)量加以擴(kuò)大，以提供升續(xù)航力及因應(yīng)實(shí)際需要。例如，以A、B、C、D四組電池組為能源時(shí)，設(shè)每單位電池組可供行駛30分鐘，而本發(fā)明裝置的充電效率為每一電池組1小時(shí)，則此電動(dòng)車于所有電池組均滿載的情況下可以持續(xù)行駛基本的2小時(shí)，外加本發(fā)明裝置于此行駛的2小時(shí)間額外供電所獲的續(xù)航力約1小時(shí)；依照推演略下此巡航時(shí)程中的最初半小時(shí)，由A電池組放電供能，其余的B、C、D電池組處于滿載待命狀態(tài)，本發(fā)明裝置不予充電，但在隨后的1.5小時(shí)間，本發(fā)明裝置可以將已完成放電至一定深度任務(wù)的A電池組充足電能，回復(fù)到滿載待命，以預(yù)備第二輪的循環(huán)供電30分鐘的任務(wù)，而此時(shí)同為已放完電的B電池組亦已充電30分鐘，達(dá)到50％的充電量，可再續(xù)行15分鐘；亦即在原有A、B、C、D四組電池組的2小時(shí)持續(xù)工作期間，本發(fā)明裝置又供給該電動(dòng)車45分鐘的續(xù)航力，而此45分鐘的持續(xù)行駛中，又可再為B電池組完成另50％的充電及C電池組25％的充電，又可再獲得大約20多分鐘的續(xù)航力...，如是觀之，則該電動(dòng)車可以「額外」獲得一個(gè)多小時(shí)的續(xù)航力，而且，最重要的是，它可以不需像目前各大車廠所研發(fā)的電動(dòng)車，最終還要回到充電站，接受外來的電能供給；它只要停車即不耗能，并會(huì)自動(dòng)增加電池組的電力，即使是停紅燈，甚至是塞車時(shí)，反而都是自行充電的絕妙時(shí)機(jī)。
本發(fā)明及其裝置系統(tǒng)惟一的缺點(diǎn)是特定波長的人工光源及蓄電設(shè)施均有其設(shè)計(jì)的使用壽命，必需定期加以保養(yǎng)或汰換。在系統(tǒng)內(nèi)，為了偵測及汰換、保養(yǎng)人工光源，在裝設(shè)光伏電池模塊的箱形結(jié)構(gòu)體上設(shè)置可開閉的檢窗口及在必要時(shí)送出偵測及警示訊號(hào)的程序及設(shè)施是必需的。在訊號(hào)發(fā)出，顯示人工光源故障或進(jìn)入更換階段時(shí)，必需有一自由斷電開關(guān)以切斷電源并開啟檢視窗口以進(jìn)行人工光源的汰換更新；當(dāng)然，也可以設(shè)計(jì)一種自動(dòng)更替人工光源的機(jī)制，在人工光源達(dá)到一定的使用時(shí)數(shù)或故障時(shí)，事先儲(chǔ)備于機(jī)制內(nèi)的人工光源可自動(dòng)到位接替并令原有者除役，如此可延長人工汱換的時(shí)間，使系統(tǒng)的實(shí)用性更臻于完美；蓄電設(shè)備及其它電路元，組件亦然，安全使用本系統(tǒng)是享受無污染的安靜能源的先決條件。
另外，本發(fā)明裝置配備于電動(dòng)車使用時(shí)，因囿于電動(dòng)車先天的空間條件，很難避免受限于其幾何立體結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀、位置等因素的影響，因此其能源總輸出量會(huì)有一個(gè)極限值，在光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率尚未能有進(jìn)一步的突破前，自體充電的時(shí)間，自然有其基本的條件。但對(duì)于耗能較小、續(xù)航力要求較低、停車頻率較高的都會(huì)型代步輕型電動(dòng)車，甚至是二輪電騎車，或是老人、殘障代步車而言，本發(fā)明裝置大抵都已能滿足，可達(dá)到實(shí)用化量產(chǎn)、普及的程度，為生活在都會(huì)區(qū)的人們提供一種免費(fèi)、不耗能、沒噪音及污染的交通工具；并且，在電動(dòng)車不行駛時(shí)，更可成為其它負(fù)載的電源。
關(guān)于本發(fā)明的方法及系統(tǒng)所需的電子控制元、組件、導(dǎo)線、電路、人工光源、頻譜、蓄電池種類、蓄電方法、設(shè)施、系統(tǒng)及各種論述，以及量子力學(xué)理論、光電原理、光伏電池理論及其制造方法、材料類別等等，均已為各專業(yè)人士所熟悉，且均已有成熟實(shí)用的論述或產(chǎn)品廣泛流通及使用，在此不予逐一贅述。


請(qǐng)參閱以下有關(guān)本發(fā)明一較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明及其附圖，將可進(jìn)一步了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及其目的功效；有關(guān)該實(shí)施例的附圖為圖1為本發(fā)明的單層圈圍雙面受光結(jié)構(gòu)的透明光伏電池模塊/板圖例；圖2為本發(fā)明的多層圈圍雙面受光結(jié)構(gòu)的透明光伏電池模塊/板圖例；圖3為本發(fā)明的大樓供電系統(tǒng)圖；圖4為本發(fā)明的市電系統(tǒng)架構(gòu)圖；圖5為本發(fā)明的獨(dú)立電用具例圖；圖6為本發(fā)明的電動(dòng)車應(yīng)用例結(jié)構(gòu)圖；圖7為本發(fā)明的可攜式箱體的結(jié)構(gòu)圖；圖8為本發(fā)明的變化例圖；圖9為本發(fā)明的街燈應(yīng)用例結(jié)構(gòu)圖；以及圖10為本發(fā)明的太陽能應(yīng)用例圖。
主要組件代表符號(hào)1為箱體，10為光電發(fā)電池箱，11為反射面，12為板體，13為隔間，2為人工光源，3、4為光伏電池模塊/板，31為孔洞，32為正受光面，33為背受光面，5為太陽光，6為負(fù)載，61為電動(dòng)車，611為中央控制單元，62為冷氣機(jī)，621，中央處理器，622為壓縮機(jī)，623為風(fēng)扇，624為溫度感應(yīng)元件，63為住戶，64為營業(yè)處，65為街燈，651為外殼，652為反射面，7為蓄電裝置，8為市電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，81為界面控制器，9為電池模組組合，A、B、C、D、E為電池組。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明是提供一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電方法及其裝置，本實(shí)施例是以一正立方空心箱體1為例，在一正方空心箱體1內(nèi)，布設(shè)人工光源2，該箱體1的內(nèi)側(cè)壁設(shè)有反射面11。在該人工光源2與反射面11間設(shè)置有單層的雙面受光結(jié)構(gòu)的透明光伏電池模塊/板3，該光伏電池模塊/板3是以圈圍方式布設(shè)在人工光源2與反射面11間。在單層圈圍的雙面受光結(jié)構(gòu)的透明光伏電池模塊/板3的適當(dāng)位置可以依合理的設(shè)計(jì)開設(shè)透光孔洞31，以盡可能降低光能量的衰減。該人工光源2連接到一外部的光伏電池模塊/板4，當(dāng)太陽光5照射設(shè)于該外部的光伏電池模塊/板4時(shí)，即可產(chǎn)生電能供應(yīng)予箱體1內(nèi)的人工光源2，人工光源2所發(fā)出的特定波長的光直接照射至透光性良好的光伏電池模塊/板3的正受光面32，并穿透透明光伏電池模塊/板3或孔洞31到達(dá)反射面11，反射面11則將光反射至透明光伏電池模塊/板的另一受光面，即背受光面33，如此，在正受光面32及背受光面33的光伏電池組/板3即可被大量的光量子撞擊并產(chǎn)生大量的電能。
請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明是提供一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電方法及其裝置，本實(shí)施例亦以一正立方空心箱體1為例，在一正方空心箱體1內(nèi)，布設(shè)人工光源2，箱體2的內(nèi)側(cè)壁亦設(shè)有反射面11。在人工光源2與反射面11間，則有多層的雙面受光結(jié)構(gòu)的透明光伏電池模塊/板3逐層圈圍。在多層圈圍的雙面受光結(jié)構(gòu)透明光伏電池模塊/板3的適當(dāng)位置，可以依據(jù)合理的設(shè)計(jì)開設(shè)透光孔洞31，以盡可能降低光能量的衰減。當(dāng)太陽光5照射設(shè)于本發(fā)明裝置外部的光伏電池模塊/板4時(shí)，即可產(chǎn)生電能供應(yīng)予箱體1內(nèi)的人工光源2，人工光源2所發(fā)出的特定波長的光直接照射至多層透光性良好的光伏電池模塊/板3的正受光面32，并逐一穿透光伏電池模塊/板3或孔洞31到達(dá)反射面11，此時(shí)光因穿透多層透明基板能量稍有衰減，但影響不大，仍可由反射面11將光反射至另一受光面，即背受光面33，如此，在正受光面32及背受光面33的光伏電池模塊/板3，即可被大量的光量子撞擊，并產(chǎn)生大量的電能。
前述箱體1可為三角形、多邊形、球形或其它適當(dāng)?shù)男螤?，且可?dú)立或視系統(tǒng)需要分別或合并組成運(yùn)作者，如果人工光源2為產(chǎn)生高溫如鹵素?zé)?，該箱體1亦可為透氣不透光的密閉性材料，確保光線不致散失者。該箱體1可設(shè)置檢窗口及指示表、警示訊號(hào)以確保系統(tǒng)正確運(yùn)作者，惟這些設(shè)計(jì)僅為習(xí)見設(shè)計(jì)，在此不予贅述。
請(qǐng)參閱圖3，本實(shí)施例是以一集結(jié)本發(fā)明裝置，產(chǎn)生大量電能供給予大樓住戶使用。由本發(fā)明完成的一光電發(fā)電池箱10，其連接有一蓄電裝置7，當(dāng)大樓住戶63或營業(yè)處64電力使用電力時(shí)，可由光電發(fā)電池箱10直接提供電力，或在負(fù)載降低時(shí)將光電發(fā)電池箱10的電力轉(zhuǎn)至蓄電裝置7存儲(chǔ)，以備不時(shí)之需，當(dāng)然該光電發(fā)電池箱10亦可搭配市電系統(tǒng)，以交互使用，減少能源的浪費(fèi)與避免電力中斷。
請(qǐng)參閱圖4，本發(fā)明提供一綜合性的發(fā)電、蓄電、配電、供電的系統(tǒng)，其可應(yīng)用于居家生活中，提供不同電力分配予諸多負(fù)載6，可適當(dāng)減少燃媒、石油的能源損耗，提供干凈的電力來源。甚至于，本發(fā)明裝置有與市電兼容的界面控制器81，在本系統(tǒng)電能使用能量較低時(shí)，可自動(dòng)偵測并激活該界面控制器81，將多余的電能注入市電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)8，反之亦然。且本發(fā)明不限于居家使用另外，例如電動(dòng)車61或其它運(yùn)輸載具等，可以替代內(nèi)燃機(jī)引擎的動(dòng)力。
請(qǐng)參閱圖5，本發(fā)明是提供一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電方法及其裝置，本實(shí)施例是以一冷氣機(jī)62為例，為獨(dú)立電用具作實(shí)體說明。該冷氣機(jī)62具備有電池模塊組合9，該電池模塊組合9具有電池組A、電池組B或更多的電池組，由一中央處理器621控制，令電池組A、電池組B交互提供壓縮機(jī)622與風(fēng)扇623轉(zhuǎn)動(dòng)，而該冷氣機(jī)62內(nèi)裝一本發(fā)明完成的光電發(fā)電池箱10。預(yù)設(shè)電池組A、電池組B為滿載100％的電力，當(dāng)冷氣機(jī)62啟動(dòng)時(shí)，中央處理器621首先驅(qū)動(dòng)電池組A放電供應(yīng)壓縮機(jī)622與風(fēng)扇623運(yùn)轉(zhuǎn)，待電池組A放電至一定深度時(shí)，中央處理器621即下達(dá)指令將電池組A關(guān)閉，并啟動(dòng)光電發(fā)電池箱10向電池組A充電，于此同時(shí)，改由電池組B放電供能予冷氣機(jī)62續(xù)行驅(qū)動(dòng)。如此當(dāng)電池組B放電至一定程度時(shí)，電池組A又已充電完成，得以周而復(fù)始的運(yùn)行。該冷氣機(jī)62設(shè)置有一溫度感應(yīng)組件624，當(dāng)周圍環(huán)境溫度降至一定程度時(shí)，可由感應(yīng)元件624通知中央處理器621停止壓縮機(jī)622與風(fēng)扇623，此時(shí)該光電發(fā)電池箱10仍然運(yùn)作，可將多余電力提供其它負(fù)載6。實(shí)際應(yīng)用如下若設(shè)盛夏某日正午，室溫為35℃，辦公室主人外出用餐返回，一入內(nèi)見室溫太高，即開啟冷氣機(jī)62的總開關(guān)，由于具溫度調(diào)控功能，當(dāng)溫度感應(yīng)組件624偵測到高溫時(shí)，即將訊號(hào)傳到中央處理器621，中央處理器621立刻驅(qū)動(dòng)電池組A放電供應(yīng)壓縮機(jī)622與風(fēng)扇623運(yùn)轉(zhuǎn)，使室溫逐漸下降。當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)三十分鐘后，該電池組A放電至額定深度，中央處理器621即下達(dá)指令將電池組A關(guān)閉，改由電池組B放電供能予冷氣機(jī)62續(xù)行驅(qū)動(dòng)，并啟動(dòng)光電發(fā)電池箱10向電池組A充電。此時(shí)室溫雖已下降，但仍有30℃，故電池組B持續(xù)放電供能予冷氣機(jī)62續(xù)行驅(qū)動(dòng)，待室溫達(dá)到冷氣機(jī)62設(shè)定的28℃時(shí)，溫度感應(yīng)元件624將訊號(hào)傳回中央處理器621，中央處理器621即下達(dá)指令將電池組B關(guān)閉，但仍令光電發(fā)電池箱10續(xù)行運(yùn)作。
請(qǐng)參閱圖6，本發(fā)明是提供一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電方法及其裝置，本實(shí)施例是以電動(dòng)車為例，可以達(dá)到無需外來能源或外接充電的功能。在電動(dòng)車61上設(shè)置有至少一本發(fā)明完成的光電發(fā)電池箱10；一電池模塊組合9內(nèi)含四組可獨(dú)立供能的及充電的電池組A、電池組B、電池組C、電池組D；一中央控制單元611；預(yù)設(shè)電動(dòng)車61上的電池模塊組合9內(nèi)的電池組A、電池組B、電池組C、電池組D，皆為滿載100％的電力，并令其依A、B、C、D的順序放電供能。當(dāng)電動(dòng)車61啟動(dòng)后電池組A率先放電，并驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車61，待電池組A放電至一定深度時(shí)，中央控制單元611即下達(dá)指令將電池組A關(guān)閉，并激活本發(fā)電裝置的光電發(fā)電池箱10向電池組A充電；于此同時(shí)，中央控制單元611已下達(dá)指令激活電池組B，改由電池組B放電供能予電動(dòng)車61續(xù)行驅(qū)動(dòng)。當(dāng)電池組B又放電至設(shè)定深度時(shí)，中央控制單元611又下指令關(guān)閉電池組B，并同時(shí)啟動(dòng)電池組C放電供能予電動(dòng)車61續(xù)行驅(qū)動(dòng)。此時(shí)電池組A已完成充電，中央控制單元611乃依內(nèi)建程序自動(dòng)將充電指令轉(zhuǎn)切予電池組B，并關(guān)閉電池組A的充電機(jī)制。此刻，電動(dòng)車61續(xù)行，電池組C亦放電至額定深度，中央控制單元611令其停止放電，并將放電供能指令切換至電池組D，由電池組D放電供能，車輛續(xù)行；由于此時(shí)處于充電狀態(tài)中的電池組B僅完成75％的充電，本發(fā)明光電發(fā)電池箱10仍繼續(xù)對(duì)電池組B充電。電動(dòng)車61續(xù)行，電池組D持續(xù)放電供能，于此行駛時(shí)程中，電池組B已完成100％足額充電，此時(shí)，中央控制單元611又關(guān)閉電池組B的充電，依內(nèi)建程序自動(dòng)轉(zhuǎn)切至對(duì)電池組C的充電；車輛續(xù)行，電池組D亦放電達(dá)額定深度，中央控制單元611即依其內(nèi)建程序再將電池組D關(guān)閉，并改由之前已重行充足電力的電池組A放電供能，電池組C則由本發(fā)明光電發(fā)電池箱10繼續(xù)充電。此時(shí)，路況發(fā)生變化，電動(dòng)車61因塞車停止，正放電供能中的電池組A因驅(qū)動(dòng)馬達(dá)停止運(yùn)轉(zhuǎn)亦中止放電；于此同時(shí)，本發(fā)明光電發(fā)電池箱10并不因電動(dòng)車61停車而中止對(duì)電池組C的持續(xù)充電；由于塞車原因是前方大車禍(幸好無人傷亡)，但路上所有車輛均無法動(dòng)彈，長時(shí)間停滯期間，電池組C與電池組D均已于塞車時(shí)完成100％的充電，電動(dòng)車61竟能于塞車期間自動(dòng)又獲得滿載的電能。另該電動(dòng)車61可輔以高功率的電容器輔助充放電，以及功率變換器、變速器、指示表、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)等控制組件，這些裝置皆為習(xí)知，在此不予贅述。
請(qǐng)參閱圖7，本發(fā)明所稱的箱體1為可拆卸并行折疊攜行者，其是由多塊板體12所構(gòu)成，并以螺栓、插銷或卡扣等簡易方式進(jìn)行組合固定，每一板體12內(nèi)側(cè)設(shè)置有一內(nèi)部光伏電池模塊/板3，并配合攜帶的人工光源2、電池組E，以及適當(dāng)?shù)目刂齐娐?，即可輕易完成一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電裝置。
請(qǐng)參閱圖8，前述箱體1亦可區(qū)隔若干隔間13，各隔間13分別容置一人工光源2，如此各隔間13可分別進(jìn)行發(fā)電動(dòng)作，以在有限的空間內(nèi)進(jìn)行最大幅度的發(fā)電效能。
請(qǐng)參閱圖9，為本發(fā)明的另一應(yīng)用例，其配合有一街燈65裝置，可在照明同時(shí)進(jìn)行發(fā)電，該街燈同樣具有一人工光源2，并以其外殼651達(dá)成前述箱體1的功能，在該外殼651與人工光源2之間布設(shè)多層圈圍的雙面受光結(jié)構(gòu)的透明光伏電池模塊/板3，并在該光伏電池模塊/板3上設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐腹饪锥?1，而外殼651內(nèi)層形成反射面652。如此，如同圖2的說明，該人工光源2所發(fā)出的特定波長的光直接照射至多層透光性良好的光伏電池模塊/板3的正受光面32，并逐一穿透光伏電池模塊/板3或孔洞31到達(dá)反射面652，穿透光可由反射面652將光反射至背受光面33，在正受光面32及背受光面33的光伏電池模塊/板3，即可產(chǎn)生大量的電能。
請(qǐng)參閱圖10，本發(fā)明亦可取代一般大面積數(shù)組的太陽能裝置，減少占用土地或設(shè)施的面積。其是將人工光源2完全由太陽光5取代，而箱體1一側(cè)開放以供太陽光5照射，由太陽光5照射面設(shè)置多層透光性良好的光伏電池模塊/板3，其中最外層的光伏電池模塊/板3本身可形成準(zhǔn)封閉空間類似前述的箱體1，以避免落塵、蟲蛾等進(jìn)入，影響發(fā)電效率，然后可產(chǎn)生大量的電能。
權(quán)利要求
1.一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電方法，其特征在于利用一種子電能啟動(dòng)具有適當(dāng)波長的人工光源，讓人工光源照射全面布署于空心箱體的光伏電池模塊/板，以產(chǎn)生大量電能，并經(jīng)由各種自動(dòng)電子控制元、組件及電路、蓄電設(shè)施等的調(diào)控、保護(hù)，而加以儲(chǔ)存、利用。
2.如權(quán)利要求1所述的一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電方法，其特征在于人工光源直接除照射至透光性良好的光伏電池模塊/板的正受光面，并可穿透透明光伏電池模塊/板到達(dá)箱體壁面反射，使反射光照至透明光伏電池模塊/板的另一受光面。
3.如權(quán)利要求1所述的一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電方法，其特征在于所產(chǎn)出的電能除供應(yīng)系統(tǒng)本身運(yùn)作使用、負(fù)載使用及儲(chǔ)存外，亦可與市電網(wǎng)絡(luò)相融并交互作能量溝通。
4.如權(quán)利要求1所述的一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電方法，其特征在于所產(chǎn)出的電能在使用于運(yùn)輸載具時(shí)，可以替代內(nèi)燃機(jī)引擎的動(dòng)力。
5.一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電裝置，其特征在于一空心箱體，其內(nèi)層形成反射面；一人工光源，設(shè)置在空心箱體內(nèi)；一光伏電池模塊/板，圈圍設(shè)置在人工光源與反射面間；一種子電能，用來提供人造光源激活的能量。
6.如權(quán)利要求5所述的一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電裝置，其特征在于該光伏電池模塊/板亦可設(shè)置有透光孔洞。
7.如權(quán)利要求5所述的一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電裝置，其特征在于該光伏電池模塊/板是單面或兩面設(shè)置具有發(fā)電功能的受光面。
8.如權(quán)利要求5所述的一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電裝置，其特征在于系統(tǒng)內(nèi)所述的種子電能可以為人工電能或經(jīng)太陽能轉(zhuǎn)換而來的電能。
9.如權(quán)利要求5所述的一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電裝置，其特征在于該箱體可為三角形、多邊形、球形或其它適當(dāng)?shù)男螤?，且可?dú)立或視系統(tǒng)需要分別或合并組成運(yùn)作。
10.如權(quán)利要求5所述的一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電裝置，其特征在于該箱體可設(shè)置檢視窗及指示表、警示訊號(hào)以確保系統(tǒng)正確運(yùn)作。
11.如權(quán)利要求5所述的一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電裝置，其特征在于該箱體為透氣不透光的結(jié)構(gòu)，可避免人工光線的散失及具散熱功能。
12.如權(quán)利要求5所述的一種利用光能與電能交互轉(zhuǎn)換的發(fā)電裝置，其特征在于該光伏電池模塊/板可設(shè)置多層疊加配置。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種以透光性基板、透明電極等基本組件所制成的光伏電池模塊/板〔photovoltaic (pv) module/panel〕的高效率應(yīng)用方法及其裝置；即將透光性良好的光伏電池模塊/板制成單面受光發(fā)電的結(jié)構(gòu)或雙面受光發(fā)電的結(jié)構(gòu)，再將此單面受光或雙面受光的光伏電池模塊/板，以單層圈圍或多層圈圍的方式布署于一立體空心結(jié)構(gòu)體內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢?；該立體空心結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)壁由具備有反射功能，并可達(dá)到一定光學(xué)效率的材質(zhì)所構(gòu)成；箱體內(nèi)再設(shè)以一適當(dāng)波長及功率的人工光源，令箱體內(nèi)部除人工光源外，并同時(shí)形成反射的光學(xué)效應(yīng)，使該單層圈圍或多層圈圍單面受光或雙面受光的透明光伏電池模塊/板產(chǎn)生出大于人工光源所耗電能功率的電能，再將此所獲的電能加以適度地儲(chǔ)存、利用或轉(zhuǎn)換為其它型態(tài)的能源。
文檔編號(hào)H02J7/35GK1972107SQ20051004780
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月25日
發(fā)明者廖明振 申請(qǐng)人:廖明振