CN104143950A - 一种太阳能电池与轻便储能设备的集成组件及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能电池与轻便储能设备结合的智能集成组件，所述集成组件由智能控制器、太阳能电池封装组件构成；所述太阳能电池封装组件包括依次连接的透明导电玻璃、太阳能电池、粘合材料以及导电背板和储能设备，或者包括依次连接的柔性衬底、太阳能电池、粘合层和储能设备。其控制方法包括以下步骤：智能控制器判断太阳能电池提供的电量是否大于需求电量；如果大于，则智能控制器控制太阳能电池给用电设备供电；多余部分给该储能设备充电；如果不大于，由太阳能电池和储能设备同时给用电设备供电。本发明可以根据实际的用电要求，可以组装成不同面积；不需要再配备蓄电池，用户直接接线就可以使用。

Description

一种太阳能电池与轻便储能设备的集成组件及其控制方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池应用领域，具体地说是一种太阳能电池及储能设备集成的智能组件及其能够实现智能供电的控制方法。 

背景技术

电池组件已广泛的应用于电站，幕墙，路灯，草坪灯等方面，但是，目前市场所销售的组件都需要安装蓄电池和额外的控制电路，体积庞大，且不利于安装，或者是只能在阳光充足的条件下使用，无法实现全天候的使用。 

另外，现有的晶体硅太阳能电池或者硅薄膜太阳能组件供电方式储电方式单一，无法实现合理的电能分配，也没有全天候，无需人工干预的供电能力，这给小型用户带来了极大的不便。 

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种集成的太阳能电池应用的智能组件。 

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种太阳能电池与轻便储能设备结合的智能集成组件，所述集成组件包括智能控制器和太阳能电池封装组件；所述太阳能电池封装组件包括依次连接的透明导电玻璃、太阳能电池、粘合材料以及导电背板和储能设备，或者包括依次连接的太阳能电池、柔性衬底、粘合层和储能设备；智能控制器分别与太阳能电池、储能设备连接，用于控制太阳能电池和储能设备充放电。 

所述太阳能电池可以是单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、硅薄膜太阳能电池、CIGS太阳能电池、晶硅电池、硅薄膜电池、铜铟镓硒、铜锌锡硫、碲化镉、有机太阳能电池、染料敏化电池、量子点电池或以上任何几种的复合型电池。 

所述储能设备包括锂离子电池、超级电容、薄膜锂离子电池。 

所述储能设备为2个。 

一种太阳能电池与轻便储能设备的集成组件控制方法，包括如下步骤: 

当外部用电设备需要供电时，智能控制器判断太阳能电池提供的电量是否大于需求电量； 

如果大于，依次判断多个储能设备是否充满电；如果多个储能设备都充满电，则智能控制器控制太阳能电池给用电设备供电；如果某个储能设备未充满电，智能控制器控制太阳能电池给用电设备供电，并将多余部分给该储能设备充电； 

如果不大于，则判断太阳能电池是否能给用电设备提供部分电量；如果能，则依次判断多个储能设备是否能给用电设备提供部分电量；如果某个储能设备能提供部分电量，则由太阳能电池和该储能设备同时给用电设备供电；如果某个储能设备能够提供所需电量，则由该储能设备供电；如果多个储能设备均不能供电，则对用电设备停止供电。 

当外部用电设备不需要供电时，则判断太阳能电池的供电电压是否足够；如果足够，则智能控制器依次判断多个储能设备是否已充满电，并控制太阳能电池对未充满电的储能设备依次充电。 

本发明具有以下有益效果及优点： 

1.本发明可以根据实际的用电要求，可以组装成不同面积。 

2.本发明不需要再配备蓄电池，用户直接接线就可以使用。 

3.本发明集太阳能发电、转换与存储于一体，可以实现智能供电；根据光照情况智能实现给用电设备的供电，同时实现给自身的充电。保证全天候无间断的电力供给，而不需要用户对于该智能组件做任何的认为的干预， 

附图说明

图1为本发明的硬件逻辑连接图； 

图2为本发明的集成组件工作流程图； 

图3为本发明的集成组件（制备在玻璃衬底上）结构示意图； 

图4为本发明的集成组件（制备在柔性衬底上）结构的示意图； 

其中，1.柔性衬底，2.粘合层，3.透明导电玻璃，4.薄膜太阳能电池，5. 刻划线，6.电极，7.粘合材料以及导电背板，8.储能设备，9.封装边框，10.封装背板，11.智能控制器，12.电缆线。 

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。 

本发明使用太阳能电池作为太阳能发电核心；超薄超轻型电能转换和储存设备作为储电设备；和一个智能控制器用于控制该集成组件实现智能供电。 

太阳能电池可以是以下任何一种：以刚性玻璃或者柔性衬底为基底的太阳能电池，其中柔性衬底可以是：金属薄膜（如不锈钢箔、铝箔等）、高分子材料薄膜等。太阳能电池作为发电的核心，包括晶硅电池、硅薄膜电池（单结，多结），铜铟镓硒、铜锌锡硫、碲化镉、有机电池、染料敏化电池、量子点电池或以上任何几种的复合型电池等）。超薄（厚度不超过2毫米，最好是小于1毫米或更薄）超轻型（单位面积重量小于0.5g/cm2，最好是小于0.2g/cm2或更小）电能转换和储存设备的功能是把太阳能电池的过剩电能转换成其它形式的能量并储存起来，等需要时在以电能形式释放出来。其中，储能设备8是冗余结构的，具体器件可以是以下任何一种：可充电储能设备如锂离子电池、薄膜锂电池、薄膜镍镉电池、固态薄膜锂离子电池、超级电容或者任何可以制备成轻便超薄的储能设备，上述电池或超级电容等储能材料可以被直接制备或固定在太阳能电池背面。 

如图1所示，该智能组件将轻便储能设备（锂电池、超级电容、或制备在太阳能电池背面的可充电电池、或制备在太阳能电池4背面的固态薄膜可充电电池），通过智能控制器11与薄膜太阳能电池4整合封装到一起。其中，太阳能电池可以是晶体硅太阳能电池、硅薄膜太阳能电池、铜铟镓硒电池、铜锌锡硫电池、碲化镉电池、有机太阳能电池、染料敏化电池、量子点电池或以上任何几种的复合型电池；储电设备可以是锂离子电池，超级电容，薄膜锂离子电池以及任何可以制备成轻便超薄的储能设备。本实施例中太阳能电池4采用硅薄膜太阳能电池。 

智能控制器11采用ARM单片机，智能控制器的一对输入端与薄膜太阳能电池4引出的电极连接，其它两对输入端分别与对应的2个储能设备8（储能设备8-1和储能设备8-2）的电极连接，其连接均采用电缆；智能控制器11还连有插头用于给外部设备供电。多个用作储能设备的电池或超级电容可以叠加并固定在一起，进而可以通过用作储能设备的电池和超级电容个数来调整储能容量，即多个电池或超级电容串联作为一个储能设备，最终构成2个储能设备。 

如图4所示，智能控制器执行智能供电，实现如下功能：（1）自动给储能设备充电，充满之后可以自动切断；（2）光照情况良好则通过太阳能电池4给供电设备供电，同时给储能设备充电；（3）光照情况不佳则可以通过太阳能电池4和冗余储能设备给用电设备供电；（4）无光情况则由冗余储能设备给设备供电。 

对于用电设备如帐篷，草坪灯，信号灯等，智能控制器会检测太阳能电池当前发电的电量，判断太阳能电池提供给用电设备的电力是否大于需求，如果大于，则由智能控制器控制太阳能电池给用电设备供电，剩余的部分则用于给超薄储能设备充电（光照强情况）；如果低于设备用电需求，则智能控制器控制储能设备给用电设备提供部分电力，实现太阳能电池和储能设备的共同供电（光照弱情况），若太阳能电池无法提供电力，则由储能设备单独提供电力，其中一块储能设备电力用完则切换另外一块储能设备（黑暗情况），储能设备的储电量，以及太阳能电池的发电量将更根据实际情况来设计，以保障电力的不间断供给。 

实施例（一） 

如图2所示的本实施例中，太阳能电池4引出电极6，刻划线5用于将薄膜电池串联起来，粘合材料以及导电背板7中的粘合材料用于粘合储能设备和太阳能电池，边框9用于封装组件，封装背板7采用用于封装集成组件的背板材料，智能控制器11固定于封装背板7上，并连接有电缆线11用于供电。 

其制备方法如下： 

（1）在透明导电玻璃上制备太阳能电池4，（2）焊接银栅电极6引线，（3）用粘合材料将太阳能电池4与导电背板材料层压，（4）在导电背板材料上制备各功能材料层（a.正极集电极层，b.正极材料层，c.隔膜层，d.负极材料层，e.负极），制成薄膜锂离子电池；或者在导电背板材料上制备电解质薄膜和电极，制成固态薄膜锂离子电池，根据需要，可以以堆叠的方式自备若干层固态薄膜锂离子电池，或者制备薄的超级电容其堆叠起来以调节储能设备的电容量，以满足用户需求，同时也实现电池的双冗余结构，（5）将智能控制器11与太阳能电池以及储能设备连接，（6）封装。 

实施例（二） 

如图3所示，本实施例的粘合层2用于粘合柔性衬底和超薄储能设备，边框9用于封装组件，封装背板7采用用于封装集成组件的背板材料，智能控制器11固定于封装背板7上，并连接有电缆线11用于供电。 

其制备方法如下： 

（1）在柔性衬底1（不透明衬底：包括不锈钢，铝箔，聚酯膜等）正面制备太阳能电池4，制备银栅电极，（2）在柔性衬底1背面制备超薄轻便的储能设备8，（薄膜锂离子电池，固态薄膜锂离子电池，或者是超级电容），这些储能设备是堆叠结构，同时实现储能设备的双冗余结构。（3）使用粘合剂将超薄轻便储能设备与柔性衬底粘合。（4）将智能控制器11与太阳能电池引出的电极以及储能设备连接，（6）封装。 

Claims (6)

1.一种太阳能电池与轻便储能设备结合的智能集成组件，其特征在于：所述集成组件包括智能控制器（11）和太阳能电池封装组件；所述太阳能电池封装组件包括依次连接的透明导电玻璃（3）、太阳能电池（4）、粘合材料以及导电背板（7）和储能设备（8），或者包括依次连接的太阳能电池（4）、柔性衬底（1）、粘合层（2）和储能设备（8）；智能控制器（11）分别与太阳能电池（4）、储能设备（8）连接，用于控制太阳能电池（4）和储能设备（8）充放电。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池与轻便储能设备的集成组件，其特征在于：所述太阳能电池可以是单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、硅薄膜太阳能电池、CIGS太阳能电池、晶硅电池、硅薄膜电池、铜铟镓硒、铜锌锡硫、碲化镉、有机太阳能电池、染料敏化电池、量子点电池或以上任何几种的复合型电池。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池与轻便储能设备的集成组件，其特征在于：所述储能设备（8）包括锂离子电池、超级电容、薄膜锂离子电池。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能电池与轻便储能设备的集成组件，其特征在于：所述储能设备（8）为2个。

5.一种太阳能电池与轻便储能设备的集成组件控制方法，其特征在于包括如下步骤:

当外部用电设备需要供电时，智能控制器（11）判断太阳能电池（4）提供的电量是否大于需求电量；

如果大于，依次判断多个储能设备是否充满电；如果多个储能设备都充满电，则智能控制器（11）控制太阳能电池（4）给用电设备供电；如果某个储能设备未充满电，智能控制器（11）控制太阳能电池（4）给用电设备供电，并将多余部分给该储能设备充电；

如果不大于，则判断太阳能电池（4）是否能给用电设备提供部分电量；如果能，则依次判断多个储能设备是否能给用电设备提供部分电量；如果某个储能设备能提供部分电量，则由太阳能电池（4）和该储能设备同时给用电设备供电；如果某个储能设备能够提供所需电量，则由该储能设备供电；如果多个储能设备均不能供电，则对用电设备停止供电。

6.根据权利要求5所述的一种太阳能电池与轻便储能设备的集成组件控制方法，其特征在于：

当外部用电设备不需要供电时，则判断太阳能电池（4）的供电电压是否足够；如果足够，则智能控制器（11）依次判断多个储能设备是否已充满电，并控制太阳能电池（4）对未充满电的储能设备依次充电。