CN201373320Y - 太阳能照明装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种太阳能照明装置，具有多种操作模式，此太阳能照明装置包括有一太阳能电池数组、复数个蓄电池单元、复数个发光单元及一切换单元；所述的蓄电池单元分别包括有一或多个蓄电池；所述的发光单元分别包括有一或多个发光元件；所述的切换单元耦接于太阳能电池数组、蓄电池单元及发光单元，并按照太阳能照明装置的操作模式，控制太阳能电池数组、蓄电池单元及发光单元之间的连接方式。本实用新型可提升太阳能照明装置的使用弹性，并延长蓄电池储存电量的使用时间。

Description

太阳能照明装置

技术领域

本实用新型涉及照明装置，尤指一种太阳能照明装置。

背景技术

太阳能为洁净能源之一，利用自然环境供应的太阳能产生电力，既不会造成环境污染，也可避免核能发电的高危险性。此外，太阳能电池板的操作寿命长，维护成本低，使得太阳能成为替代石化燃料的首选能源。基于环保考虑，太阳能技术越来越普遍地应用在各种领域。

大体来说，太阳能应用装置的电源供应机制主要包括有太阳能电池数组(Photovoltaic array)与蓄电池等两个部份。太阳能电池数组是由复数个太阳能电池模组(即太阳能电池板)所串联组成，每一太阳能电池模组包括有多个太阳能电池(Solar cell)，其为一种将太阳能转化为电能的半导体装置，太阳能电池数组将每一太阳能电池所转化的电力加总输出对蓄电池充电，推动后级负载。

太阳能照明装置为一种广为使用的太阳能应用装置，综观时下的太阳能发光装置均仅赋予照明装置具有利用太阳能提供电力的电力供应机制，除此之外，便仅对外观与增加附加功能作为改善课题，而很少提出相关的电路机制。然而，随着照明模式的不同，发光单元所需电力也有差异，以同一供电模式来驱动发光单元以不同照明模式发光，将造成电力浪费，而无法使得储存电量被有效应用。本案创作人有鉴于此，从而提出本创作。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种太阳能照明装置，其根据太阳能照明装置的操作模式，控制太阳能电池数组、蓄电池单元与发光单元之间的连接方式，可提升太阳能照明装置的使用弹性，并延长蓄电池储存电量的使用时间。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种太阳能照明装置，具有复数种操作模式，此太阳能照明装置包括有一太阳能电池数组、复数个蓄电池单元、复数个发光单元及一切换单元；所述复数个蓄电池单元分别包括有一或多个蓄电池：所述复数个发光单元分别包括有一或多个发光元件；切换单元耦接于太阳能电池数组、复数个蓄电池单元及复数个发光单元，按照太阳能照明装置的操作模式，控制太阳能电池数组、复数个蓄电池单元及复数个发光单元之间的连接方式。

本实用新型另外还提供一种太阳能照明装置，具有复数种操作模式，此太阳能照明装置包括有一太阳能电池数组、二蓄电池单元、二发光单元及一切换单元；所述二蓄电池单元分别包括有一或多个蓄电池；所述二发光单元分别包括有一或多个发光元件；切换单元耦接于太阳能电池数组、该二蓄电池单元及该二发光单元，并按照太阳能照明装置的操作模式，控制太阳能电池数组、该二蓄电池单元及该二发光单元的连接方式，所述的操作模式包括有一充电模式、一省电模式及一正常模式；充电模式下，切换单元启断该二蓄电池与该二发光单元的耦接，并控制太阳能电池数组与该二蓄电池单元并联；省电模式下，切换单元控制该二蓄电池单元并联输出电力驱动该二发光单元其中之一发光单元发光；正常模式下，切换单元控制该二蓄电池单元串联输出电力驱动该二发光单元发光。

以上的概述与接下来的详细说明及附图，均是为了能进一步说明本实用新型为达成预定目的所采取的方式、手段及功效。而有关本实用新型的其它目的及优点，将在后续的说明及图式中加以阐述。

附图说明

图1为本实用新型所揭示的太阳能照明装置的系统架构示意图；

图2为本实用新型所揭示的太阳能照明装置的一具体实施例的系统架构示意图；

图3A为显示图2的太阳能照明装置的充电模式的系统架构示意图；

图3B为显示图2的太阳能照明装置的省电模式的系统架构示意图；

图3C为显示图2的太阳能照明装置的正常模式的系统架构示意图；

图4为本实用新型所揭示的太阳能照明装置的另一具体实施例的系统架构示意图；

图5为图4的一电路图实例；

图6为图4的另一电路图实例；

图7为图6的另一电路图实例。

【主要元件符号说明】

10、20、30：太阳能照明装置        12、22：太阳能电池数组

141～14M、241、242：蓄电池单元    161～16N、261、262：发光单元

18、28：切换单元                  300、400：电源部

310：发光部                       31：充电端口单元

32：电力输出端口单元

CON1、CON2、CON10、CON20：连接端口

C1、C2：电容                       D1～D4：二极管

L1、L2：电感                       R1～R10：电阻

U1、U2：电压转换器                 U3：运算放大器

SW1：三段切换开关                  LED1～LED9：发光二极管

SWL、SWB：独立切换开关             U4：比较器

LEDR、LEDG：发光二极管

具体实施方式

本实用新型的太阳能照明装置具备多种操作模式，通过电路设计，按照操作模式，控制太阳能电池数组、蓄电池单元及发光单元的连接方式，使得蓄电池的连接供电方式符合发光单元在每一种操作模式下的发光需求，从而达到延长蓄电池储存电量使用时间的功效。

请参阅图1，该图为本实用新型所揭示的太阳能照明装置的系统架构示意图。如图1所示，太阳能照明装置10包括有一太阳能电池数数组Photo-voltaic array)12、复数个蓄电池(Secondary battery)单元141～14M、复数个发光单元161～16N及一切换单元18。其中M、N分别为一大于1的整数。切换单元18同时耦接于太阳能电池数组12、蓄电池单元141～14M及发光单元161～16N，其按照操作模式，控制太阳能电池数组12、蓄电池单元141～14M及发光单元161～16N之间的连接方式。

所述的操作模式用以控制蓄电池单元141～14M的充电状态，及控制发光单元161～16N启闭，从而提供不同照度照明。

所述的太阳能电池数组12由复数个太阳能电池模组(即太阳能电池板)所串联组成，每一太阳能电池模组包括有多个太阳能电池(Solar cell)，太阳能电池数组12将每一太阳能电池所转化的总电能输出。可根据蓄电池单元141～14M及发光单元161～16N的功率需求，来决定太阳能电池板的种类、面积与数量，组成太阳能电池数组12。

所述的蓄电池单元141～14M分别包括有一或多个可重复充放电的蓄电池(Secondary battery)，用以储存太阳能电池数组12输出的电能。蓄电池的数量及种类配合电性规格决定，并可采用各类通用型铅酸蓄电池，其中又以使用寿命较长的太阳能专用胶体型(Gelled type)电池为最佳的蓄电池种类。

所述的发光单元161～16N分别包括一或多个发光元件，发光元件可为直流灯泡或发光二极管。

所述的切换单元18具有复数个连接端口及复数个连接路径，这些连接端口耦接于太阳能电池数组12、蓄电池单元141～14M及发光单元161～16N，这些连接路径根据太阳能照明装置10的操作模式，耦接于这些连接端口之间。另外，切换单元18包括有一致动器，以接收使用者切换操作模式，控制连接路径在连接端口间的连接方式。于一具体实施例，切换单元18包括一机械开关，利用机械原理来实现其具体功能；于另一具体实施例，切换单元18包括一电子式开关，利用集成电路来实现其具体功能。

以下以一实例进一步阐明本实用新型的具体概念。请参阅图2，该图为本实用新型所提示的太阳能照明装置的一具体实施例的系统架构示意图。如图2所示，太阳能照明装置20包括有一太阳能电池数组22、二蓄电池单元241、242、二发光单元261、262及一切换单元28。切换单元28同时耦接于太阳能电池数组22、蓄电池单元241、242及发光单元261、262，以依照操作模式，控制太阳能电池数组22、蓄电池单元241、242及发光单元261、262的连接方式。此实施例中，太阳能电池数组22与蓄电池单元241并联，同时耦接于切换单元28。

太阳能照明装置20具有三种操作模式，包括充电模式、省电模式及正常模式。充电模式关闭所有发光单元261、262；省电模式驱动单一发光单元(261或262)发光，提供低照度照明；正常模式驱动所有发光单元261、262发光，提供高照度照明。

切换单元28具有复数个连接端口及复数个连接路径，这些连接端口耦接于蓄电池单元241、242及发光单元261、262，这些连接路径根据太阳能照明装置20的操作模式，耦接于连接端口之间。于一具体实施例，切换单元28可为一三段切换开关，接收外部控制，将太阳能照明装置20切换为充电模式、省电模式及正常模式其中的任一模式操作。于另一具体实施例，切换单元28由集成电路所构成，利用电子讯号控制蓄电池单元241、242及发光单元261、262的连接机能。

以下便逐一说明太阳能照明装置20在充电模式、省电模式与正常模式的连接方式。首先，请参阅图3A，该图为太阳能照明装置20的充电模式的系统架构示意图。如图3A所示，充电模式下，切换单元28启断蓄电池单元241、242与发光单元261、262的耦接，中断发光单元261、262发光，并控制太阳能电池数组22、蓄电池单元241、242三者相互并联，接收太阳能电池数组22所输出电力进行充电。

其次，请参阅图3B，该图为太阳能照明装置20的省电模式的系统架构示意图。如图3B所示，省电模式下，切换单元28控制蓄电池单元241、242与发光单元261三者相互并联，以利用蓄电池单元241、242并联输出电力驱动单一发光单元261发光，提供低照度照明。

再者，请参阅图3C，该图为太阳能照明装置的正常模式的系统架构示意图。如图3C所示，正常模式下，切换单元28控制蓄电池单元241、242串联输出电力驱动相互并联的发光单元261、262发光，提供高照度照明。

可进一步赋予太阳能照明装置具有利用市电充电和/或输出电力驱动外部装置的功能。请参阅图4，该图为本实用新型所揭示的太阳能照明装置的另一具体实施例的系统架构示意图。相较于图2、图3的太阳能照明装置20，图4的太阳能照明装置30还包括有一充电端口单元31及一电力输出端口单元32同时并联于蓄电池单元241及太阳能电池数组22。充电端口单元31包括有一充电连接端口，用以接收外部充电器输入的直流电力，对蓄电池单元241、242进行充电。电力输出端口单元32包括有一或多个输出端口，将蓄电池单元241、242、太阳能电池数组22与充电端口单元31的直流电力输出至外部电器装置。所述的输出端口较佳符合同轴型(Coaxial)充电端子或USB、MINI USB与MICRO USB等插座规格，以配合一般数字电子装置(例如：数字音讯播放器)与可携式通讯装置的充电端口规格。

请参阅图5，该图为图4的一电路图实例。如图5所示，太阳能照明装置30由一电源部300与一发光部310共同组成，电源部300与发光部310分别整合制成为一电路板模组，以利产品的生产组装，而经由连接端口CON10与CON20便可导通电源部300与发光部310。

电源部300包括有太阳能电池数组22、蓄电池单元241、242、切换单元28、充电端口单元31与电力输出端口单元32。蓄电池单元241、242分别包括有二蓄电池，切换单元28由一三段切换开关SW1及外围线路共同构成。特别说明的是，充电模式下，开关SW1的端点1S、2S、3S、4S分别与端点1A、2A、3A、4A导通；省电模式下，开关SW1的端点1S、2S、3S、4S分别与端点1B、2B、3B、4B导通；正常模式下，开关SW1的端点1S、2S、3S、4S分别与端点1C、2C、3C、4C导通。

充电端口单元31中，连接端口CON2为充电连接端口，用以耦接于外部充电器，输入直流电力。充电端口单元31包括有一由NPN晶体管Q1及电阻R2、R4、R5共同构成的电流控制电路，耦接于充电连接端口CON2与蓄电池单元241、242之间，根据蓄电池单元241、242的电压调整充电电流。电力输出端口单元32中，连接端口CON1为输出端口，电力输出端口单元32尚包括有一由电压转换器U2、电感L2、电容C2及二极管D3共同构成的电压转换电路，耦接于蓄电池单元241、242与连接端口CON1之间，转换蓄电池单元241、242输出电力的电压值为4.5伏特，以符合USB连接端口的电压规格。

发光部310包括有发光单元261、262，其中发光单元261、262分别包括有四个发光二极管LED1～4及LED5～8。发光部310尚包括有一由电感L1、电容C1及电压转换器U1共同构成的电压转换电路，耦接于蓄电池单元241、242与发光单元261、262之间，以配合发光单元261、262的规格调整电压值。此外，发光部310尚包括有另一发光二极管LED9连接于VBAT与VCC之间，发光二极管LED9为一低电压指示元件，耦接于蓄电池单元241、242与发光单元261、262，于蓄电池单元241、242的电压值VBAT低于一预定电压值时发光，作为低电压指示。

更进一步，请参阅图6，该图为图4的另一电路图实例，绘示电源部的另一电路范例。如图6所示，电源部400还括有二发光二极管LED10、11及一由运算放大器U3及周边电阻R4～R7共同构成的电压侦测电路。其中发光二极管LED10、11为充电指示元件，借明灭来显示充电状态。LED10的明灭显示太阳能电池数组22和/或外部充电器对蓄电池单元241、242的充电状态；LED11的明灭则显示蓄电池单元241、242的蓄电量是否低于默认值。此外，晶体管Q1则是控制输入蓄电池单元241、242的充电电流量。

电压侦测电路经由耦接于放大器U3的反相输入端的电阻R6、R7依据电压转换器U2输出的电压VUSB为基准，设定一预设电压值。放大器U3比较蓄电池单元241、242的电压值与预设电压值的大小，从而输出讯号控制发光二极管LED10、11明灭，并控制晶体管Q1的导通状态，进而控制蓄电池单元241、242的充电量。

上述蓄电池单元241、242个别的蓄电池数量与发光单元261、262个别的发光元件数量参照实际需求作调整，而其它外围线路也可配合发电功率、电力消耗功率与发光元件规格弹性设计，图5、图6为太阳能照明装置30的二电路范例，然其并非用以限制本实用新型的范围。

最后，请参阅图7，该图为图6的另一电路图实例。如图7所示，相较于图6，三段切换开关SW1改由两个独立切换开关SWL、SWB取代，其分别用来控制发光单元261、262以及蓄电池单元241、242的开关情形，如此可更增强充电的驱动能力。另外，本实施例还增加一比较器U4以及用来显示充电情形的发光二极管LEDR、LEDG。比较器U4的负端接收一定电压，用来判断目前的充电电压是否超过该定电压，若超过，则短路以防蓄电池单元242继续充电而导致过热损毁。而在充电的过程中，发光二极管LEDG的状态会维持在on，并显示绿光提示使用者目前正在充电，当电池快充饱时，会同时驱动发光二极管LEDR发出红光，直到电池充饱电后，便控制发光二极管LEDR熄灭。通过上述电路设计，可提供过电压保护机制，并让使用者能随时掌握充电状态。

附带一提的是，此太阳能照明装置的实体外型可实施为桌灯、装饰灯、庭院灯等多样型态。

通过以上实例详述，当可知悉本实用新型所揭示的太阳能照明装置，通过切换单元来控制发光单元与蓄电池单元的连接方式，使用者可按照需求，自由切换太阳能照明装置的操作模式，以提供不同照度的照明，而蓄电池单元的连接供电方式随同操作模式连带切换，再加上过电压保护机制，进而达到减少电力消耗，延长蓄电池储存电量使用时间的功效。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施例的详细说明与图式，并非用以限制本实用新型，本实用新型的所有范围应以专利范围为准，任何熟悉该项技艺者在本创作的领域内，可轻易思及的变化或修饰均可涵盖在本案所界定的专利范围。

Claims (13)

1.一种太阳能照明装置，其特征在于具有复数种操作模式，该太阳能照明装置包括：

一太阳能电池数组；

复数个蓄电池单元，分别包括有至少一蓄电池；

复数个发光单元，分别包括有至少一发光元件；及

一切换单元，耦接于所述太阳能电池数组、所述复数个蓄电池单元及所述复数个发光单元，按照所述太阳能照明装置的操作模式，控制所述太阳能电池数组、所述复数个蓄电池单元及所述复数个发光单元之间的连接方式。

2.根据权利要求1所述的太阳能照明装置，其特征在于，还包括有一充电端口单元，耦接于所述复数个蓄电池单元，所述充电端口单元包括有一充电连接端口，以接收一直流电力对所述复数个蓄电池单元充电。

3.根据权利要求2所述的太阳能照明装置，其特征在于，所述充电端口单元还包括一电流控制电路，耦接于所述充电连接端口及所述复数个蓄电池单元之间，以调整经由所述充电端口单元对所述复数个蓄电池单元的充电量。

4.根据权利要求3所述的太阳能照明装置，其特征在于，还包括一电压侦测电路，耦接于所述复数个蓄电池单元及所述电流控制电路之间，侦测所述复数个蓄电池单元的电压值，以控制所述电流控制电路对所述复数个蓄电池单元的充电量。

5.根据权利要求1所述的太阳能照明装置，其特征在于，还包括一电力输出端口单元，耦接于所述复数个蓄电池单元，所述电力输出端口单元包括有至少一输出端口，以输出一直流电力。

6.一种太阳能照明装置，其特征在于具有复数种操作模式，该太阳能照明装置包括：

一太阳能电池数组；

二蓄电池单元，包括有至少一蓄电池；

二发光单元，包括有至少一发光元件；及

一切换单元，耦接于所述太阳能电池数组、所述二蓄电池单元及所述二发光单元，并按照所述太阳能照明装置的操作模式，控制所述太阳能电池数组、所述二蓄电池单元及所述二发光单元的连接方式，其中所述操作模式包括有一充电模式、一省电模式及一正常模式；

其中所述充电模式下，所述切换单元启断所述二蓄电池与所述二发光单元的耦接，并控制所述太阳能电池数组与所述二蓄电池单元并联；

其中所述省电模式下，所述切换单元控制所述二蓄电池单元并联输出电力驱动所述二发光单元其中之一发光单元发光；

其中所述正常模式下，所述切换单元控制所述二蓄电池单元串联输出电力驱动所述二发光单元发光。

7.根据权利要求6所述的太阳能照明装置，其特征在于，所述切换单元具有复数个连接端口及复数个连接路径，所述复数个连接端口耦接于所述二蓄电池单元及所述二发光单元，所述复数个连接路径根据所述太阳能照明装置的操作模式，选择性地耦接于所述复数个连接端口之间。

8.根据权利要求6所述的太阳能照明装置，其特征在于，还包括一充电端口单元，耦接于所述二蓄电池单元，所述充电端口单元包括有一充电连接端口，以接收一直流电力对所述二蓄电池单元充电。

9.根据权利要求8所述的太阳能照明装置，其特征在于，所述充电端口单元还包括一电流控制电路，耦接于所述充电连接端口及所述二蓄电池单元之间，以调整经由所述充电端口单元对所述二蓄电池单元的充电量。

10.根据权利要求9所述的太阳能照明装置，其特征在于，还包括一电压侦测电路，耦接于所述二蓄电池单元及所述电流控制电路之间，侦测所述二蓄电池单元的电压值，以控制所述电流控制电路对所述二蓄电池的充电量。

11.根据权利要求6所述的太阳能照明装置，其特征在于，还包括一电力输出端口单元，耦接于所述二蓄电池单元，所述电力输出端口单元包括有至少一输出端口，以输出一直流电力。

12.根据权利要求11所述的太阳能照明装置，其特征在于，所述电力输出端口单元还包括一电压转换电路，耦接于所述二蓄电池单元及所述输出端口之间，以调整所述二蓄电池单元输出至所述输出端口的直流电力的电压值。

13.根据权利要求6所述的太阳能照明装置，其特征在于，还包括一电压转换电路，于所述省电模式及所述正常模式下，所述电压转换电路耦接于所述二蓄电池单元及所述二发光单元之间，以调整所述二蓄电池单元输出至所述二发光单元的直流电力的电压值。

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