CN103580288A - 用以存储大气静态电能的能量存储系统 - Google Patents

用以存储大气静态电能的能量存储系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供收集以及存储存于大气中静态电能的能量存储系统，包括：一主控制台、一具有一机身可漂浮于空中的能量存储元件、一收集单元以及一存储模块。主控制台可无线通讯能量存储元件，以控制能量存储元件的移动。收集单元建置于机身的外表面以收集存于大气中的静态电能。存储模块建置于机身中，包括至少一磁电容元件。磁电容元件具有一第一磁性区、一第二磁性区以及配置于第一磁性区及第二磁性区之间的一介电区。介电区具有存储电能的作用，且具有至少10埃的厚度，以避免电能的泄漏。其中收集单元收集的静态电能被传送至磁电容元件进行存储。

Description

用以存储大气静态电能的能量存储系统
技术领域
本发明涉及一种能量存储系统，且特别是涉及一种大气静态电能(staticElectrical Energy)的存储系统。
背景技术
多年以来，人类一直设法找寻一种高效率、不昂贵，且更不会污染环境而可达到友善环境目的的能量来源，并应用于日常生活中。
在地球上，有大量的电能存于大气中以及闪电现象中。一次闪电可释放约1010等级的焦耳能量，一种收集闪电所释放出能量的技术已被提出。其中此能量约有1012瓦特。然而，闪电所释放出的能量仅占大气静态电能中的一小部分，有大量持续的静态电能日以继夜的于地球表面流动，因此如何收集以及存储这些静态电能即成为工程师追求的目标。
发明内容
本发明的一方面提供一种能量存储系统和方法，用以收集以及存储大气中的静态电能。在一实施例中，此收集以及存储大气中静态电能的能量存储系统包括：一主控制台、一具有一机身且漂浮于空中的能量存储元件、一收集单元以及一存储模块。主控制台可与能量存储元件进行无线通讯，以控制能量存储元件于空中的移动。收集单元建置于机身的外表面，用以收集存于大气中的静态电能。存储模块建置于机身中，存储模块包括至少一磁电容元件。磁电容元件进一步具有一第一磁性区、一第二磁性区以及配置于第一磁性区及第二磁性区之间的一介电区。介电区具有存储电能的作用，且具有至少10埃的厚度，以避免电能的泄漏。其中收集单元所收集的静态电能会被传送至磁电容元件以进行存储。
在一实施例中，介电区的厚度为至少10埃，至少100埃或100埃。
在一实施例中，此机身的两端其中之一具有一尖端。
在一实施例中，能量存储元件的漂浮海拔高度约为1000米至8000米。
在一实施例中，一导线耦接此收集单元以将此收集单元所收集的静电传送至磁电容元件。
在一实施例中，一切换元件设置于此导线以及此磁电容元件间。
在一实施例中，一控制元件被建置于机身中，以控制能量存储元件于空中的移动。此控制元件具有一无线通讯系统可与主控制台无线通讯，此控制元件进一步包括一检测元件，用以检测磁电容元件的充电状态，当此磁电容元件的充电状态为充满状态时，主控制台控制此控制元件发出一控制信号给切换元件，以将导线与磁电容元件间的连接切断。
在一实施例中，一抬起元件被建置于机身中，其中此抬起元件包括一个或多个气球，这些气球被填充比空气轻的气体来产生一抬起力，使得能量存储元件可漂浮于空气中。
在一实施例中，收集单元进一步包括多个收集棒建置于机身的外表面，且向大气的方向凸出。
在一实施例中，存储模块进一步包括形成于一基板上的多个磁电容，这些磁电容以并联的方式连接在一起。此基板进一步包括一第一连接器以及一第二连接器，此静态电能经由第一连接器对这些磁电容元件进行充电，以及这些磁电容元件经由第二连接器将存储的静态电能供应给一外部元件。
附图说明
为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1为绘示根据本发明一较佳实施例的收集以及存储静态电能的一系统示意图。
图2为绘示根据本发明一较佳实施例的具有一机身且可漂浮于空中的能量存储元件示意图。
图3为绘示根据本发明一较佳实施例用以存储静态电能的磁电容元件示意图。
图4为绘示根据本发明一较佳实施例建置于一基板上，并用以存储静态电能的多个磁电容元件示意图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。在本发明被详细描述以前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。
图1为绘示根据本发明一较佳实施例的收集以及存储静态电能的一系统示意图。静态电能存储系统100，包括：一个或多个具有一机身且可漂浮于空中的能量存储元件(airborne energy harvester,AEH)101以及一主控制台(controlstation)102。在一实施例中，此主控制台102为一行驶工具，例如汽车，在其它的实施例中，此主控制台102可为一船、一火车、一牵引卡车或是一飞机。而能量存储元件101可为一可远程遥控的漂浮装置，其中具有一轻量由磁电容元件组成的能量存储模块。其中，主控制台102可远程控制此能量存储元件101的移动，例如，包括但不限制控制此能量存储元件101左右转动，倾斜或滚动。能量存储元件101将盘旋于发生闪电机率高的高空区域中。
图2为绘示根据本发明一较佳实施例的具有一机身且可漂浮于空中的能量存储元件示意图。能量存储元件101包括：一个或多个收集单元，在一实施例中，收集单元为收集棒(rod)1011、一存储模块(storage module)1012、一控制元件(controller)1013以及一抬起元件(lift element)1014。在一实施例中，此能量存储元件101可以是一飞船(airship)，包括一软式小型飞船(blimp)、半硬式飞船(semi-rigid airship)或是一硬式飞船(rigid airship)。其中此能量存储元件101可具有一航空安定装置(aerodynamic stabiliwer)设置于机尾。能量存储元件101进一步具有一机身1016。此机身1016的两侧边1017和1018其中的一个或两个具有一尖端形状，在本实施例中，此机身的两侧边1017和1018均形成尖端形状。此尖端形状将会造成大气的静电放电现象，并由此放电将静态电能存储于存储模块1012中。
收集棒1011建置于能量存储元件101的机身1016外表面，且朝向大气的方向凸出。存储模块1012、控制元件1013以及抬起元件1014建置于能量存储元件101的机身1016中。收集棒1011用以收集存于大气中的静态电能。导线1015耦接收集棒1011，用以将此收集棒1011所收集的静电传送至存储模块1012。在一实施例中，存储模块1012进一步包括一能量转换装置，用以将收集棒1011所收集的静电进行转换成为适合对存储模块1012进行充电的电压。例如，将收集棒1011所收集的静电进行降压来对存储模块1012进行充电。
控制元件1013具有一监测以及控制系统，以让一使用者可远程监测以及控制能量存储元件101。例如，一使用者可远程控制控制元件1013，来遥控能量存储元件101左右转动，或是调整能量存储元件101将盘旋的高度，或是中断能量存储模块1012的充电程序。在一实施例中，能量存储元件101将盘旋的高度，约为1000米至8000米，以最佳化静态电能的收集。控制元件1013进一步具有一通讯系统10131，用以与主控制台102无线通讯。控制元件1013进一步具有一检测元件10132用以检测存储模块1012的充电状况。
在一实施例中，一信息流可于能量存储元件101的控制元件1013以及主控制台102间进行传送，其中此信息流包括，但不限制于，存储模块1012的充电状况以及能量存储元件101的盘旋高度。在一实施例中，一切换元件10151设置于导线1015以及存储模块1012之间，当存储模块1012的充电状态为充满状态时，主控制台102控制此控制元件1013发出一控制信号给切换元件10151，以将导线1015与存储模块1012间的连接切断。依此，收集棒1011所收集的静态电能即无法再通过导线1015对存储模块1012进行充电。
抬起元件1014具有比空气轻的特性，因此可产生一抬起力，使得能量存储元件101可盘旋于大气中。在一实施例中，抬起元件1014包括一个或多个气球，这些气球被填充比空气轻的气体来产生一抬起力，使得能量存储元件101可漂浮于空气中，其中填充的气体例如为氦气、氢气或热空气，或其它比空气还轻的气体。
在一实施例中，存储模块1012是被封装在一盒体中，且此盒体具有与周围环境隔绝的一外壳，以确保存储模块1012不受外界环境污染。其中存储模块1012包括一个或多个磁电容元件200，磁电容元件200为一种使用巨磁阻效应的能量存储元件，在相同尺寸下，磁电容元件200所形成的电容值可为标准电容元件的106-1017倍。
图3为绘示根据本发明一较佳实施例的用以存储静态电能的磁电容元件示意图。此磁电容元件200具有一第一磁性区210、一第二磁性区220以及配置于第一磁性区210及第二磁性区220之间的一介电区230。介电区230为一层薄膜，并且其由介电材料所构成，介电材料如钛酸钡(BaTiO3)或二氧化钛(TiO2)。介电区230具有存储电能的作用，而第一磁性区210与第二磁性区220具有磁偶极子，通过安排第一磁性区210与第二磁性区220具有不同方向的磁偶极子时，可防止或降低电荷从介电区230脱离出来，因此具有防止或降低电能泄漏的作用。其中，介电区230具有至少10埃(Angstrom)、至少100埃或100埃的厚度，以避免或降低电能的泄漏。
在另一实施例中，多个磁电容元件200可共同设置于一基板240上来形成本发明的存储模块1012，如图4所示。这些磁电容元件200以并联的方式连接，并耦接至连接器250和连接器253，其中连接器250形成于基板240上用以耦接导线1015，收集棒1011用以收集存于大气中的静态电能。导线1015耦接收集棒1011，用以将此收集棒1011所收集的静电经由导线1015传送至存储模块1012。连接器253也形成于基板240上，这些磁电容元件200经由连接器253可将存储的静态电能供应给一外部元件。此外，存储模块1012进一步包括一能量转换装置260，用以将收集棒1011所收集的静电进行转换成为适合对磁电容元件200进行充电的电压。例如，将收集棒1011所收集的静电进行降压来对磁电容元件200进行充电。
在操作时，当一天气预测适合收集大气中的静态电能，主控制台102以及一个或多个能量存储元件101会被移至一特定区域，然后一个或多个能量存储元件101被施放至空中，并于一定的高度盘旋，并通过设置于能量存储元件101机身1016外侧的收集棒1011收集大气中的静电，来对设置于能量存储元件101机身1016内的存储模块1012进行充电。
虽然本发明已以实施方式披露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (15)

1.一种能量存储系统，其特征在于，用以收集以及存储大气中的静态电能，至少包括：
一主控制台；
一具有一机身的能量存储元件，其中所述能量存储元件可漂浮于空中，所述主控制台可与所述能量存储元件进行无线通讯，以控制所述能量存储元件于空中的移动；
一收集单元，其中所述收集单元建置于所述机身的外表面，用以收集存于大气中的静态电能；以及
一存储模块，其中所述存储模块建置于所述机身中，所述存储模块包括至少一磁电容元件，其中每一所述至少一磁电容元件包括：
一第一磁性区；
一第二磁性区；以及
一介电区，配置于所述第一磁性区以及所述第二磁性区之间，其中所述介电区具有存储电能的作用，且具有至少10埃的厚度；
其中所述收集单元所收集的所述静态电能会被传送至所述至少一磁电容元件以进行存储。
2.如权利要求1所述的能量存储系统，其特征在于，所述介电区的厚度为至少100埃。
3.如权利要求1所述的能量存储系统，其特征在于，所述机身的至少一侧边具有一尖端。
4.如权利要求1所述的能量存储系统，其特征在于，所述能量存储元件的漂浮海拔高度范围约为1000米至8000米。
5.如权利要求1所述的能量存储系统，其特征在于，一导线耦接所述收集单元以将所述收集单元所收集的所述静态电能传送至所述至少一磁电容元件。
6.如权利要求5所述的能量存储系统，其特征在于，进一步包括一切换元件设置于所述导线以及所述至少一磁电容元件间。
7.如权利要求6所述的能量存储系统，其特征在于，进一步包括一控制元件被建置于所述机身中，以控制所述能量存储元件于空中的移动。
8.如权利要求7所述的能量存储系统，其特征在于，所述控制元件进一步包括一无线通讯系统可与所述主控制台无线通讯。
9.如权利要求7所述的能量存储系统，其特征在于，所述控制元件进一步包括一检测元件，用以检测所述至少一磁电容元件的充电状态。
10.如权利要求9所述的能量存储系统，其特征在于，当所述至少一磁电容元件的充电状态为充满状态时，所述主控制台控制所述控制元件发出一控制信号给所述切换元件，以将所述导线与所述磁电容元件间的连接切断。
11.如权利要求1所述的能量存储系统，其特征在于，进一步包括一抬起元件，建置于所述机身中，其中所述抬起元件包括一个或多个气球，所述气球被填充比空气轻的气体来产生一抬起力，使得所述能量存储元件可漂浮于空气中。
12.如权利要求1所述的能量存储系统，其特征在于，所述收集单元进一步包括多个收集棒建置于所述机身的外表面，且朝向大气的方向凸出。
13.如权利要求1所述的能量存储系统，其特征在于，所述存储模块进一步包括形成于一基板上的多个磁电容，所述磁电容以并联的方式连接在一起。
14.如权利要求13所述的能量存储系统，其特征在于，所述基板进一步包括一第一连接器以及一第二连接器，所述静态电能经由所述第一连接器对所述磁电容元件进行充电，以及所述磁电容元件经由所述第二连接器将存储的静态电能供应给一外部元件。
15.如权利要求13所述的能量存储系统，其特征在于，所述介电区的厚度为100埃。
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