CN202111637U - 一种太阳能电池 - Google Patents

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张晓俊
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Abstract

一种太阳能电池，可以根据光照强度自动调节输出电压和电流。该太阳能电池包括光伏电池阵列、蓄电池、控制单元和检测单元，其中光伏电池阵列包括至少两条并联的光伏电池组，每一条光伏电池组包括至少两颗光伏电池，该每一条光伏电池组分别通过一双极开关与所述蓄电池串联，同一条光伏电池组上的相邻两颗光伏电池之间设有一三极开关，所有的开关都连接在控制单元上，控制单元根据光线的强弱控制开关的状态，从而实现光伏电池阵列的输出电压和输出电流的调节。

Description

一种太阳能电池
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能电池，尤其是一种根据光照强弱自动调节串并联结构的太阳能电池。 
背景技术
光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件。由于它广泛用于把太阳能直接变电能，因此又称为太阳能电池、太阳能光伏电池。目前，应用最广、最有发展前途的是硅光电池。硅光电池转换效率的理论值，最大可达24％，而实际上只达到10％～18％。然而要把这效率仅为10％～18％光电转换的能量最大限度地储存起来并加以利用就成为太阳能应用的一个重要的课题。 
一般的太阳电池组采用串联和并接方式获得较高的使用电压和电流，如果要获得较高的使用电压，可以将电池串联，如果是需要较大工作电流而电压不需要高的，则可以将多个太阳能电池组并联，以获得较高的输出电流，如果既想获得较高的使用电压又想获得较大的输出电流那么就要结合串联和并联的方式。基本计算公式如下： 
Figure BSA00000477793900012
由于在不同的天气状况下太阳电池输出的电压差距较大，在使用固定的串并联拓扑模式下，如果光照太弱或工作温度较低，固定串并联的太阳电池将不 能输出足够高的工作电压来给蓄电池充电，而光照过强时，又有可能输出过高的电压导致将蓄电池烧毁。因此，有必要设计一种可以根据光照强度自动调节串并联光伏电池的数量，使得太阳能电池维持在一个较佳的工作状态。 
实用新型内容
有鉴与此，本实用新型提出一种太阳能电池，通过变换太阳电池的串并联连接拓扑结构，实现太阳电池组端电压、内阻等输出参数的变化，以适应光照的变化。例如在光照较弱或工作温度较低时增加串联的太阳能电池，可提高输出端电压使得太阳能电池的输出电压大于蓄电池电压，将弱光照时的光伏电能充入蓄电池。而光照较强时可减少串联的太阳电池，只接入部分太阳能电池。 
根据本实用新型的目的提出的热太阳能电池，包括光伏电池阵列、蓄电池、控制单元和检测单元，所述光伏电池阵列包括至少两条并联的光伏电池组，每一条光伏电池组包括至少两颗光伏电池，该每一条光伏电池组分别通过一双极开关与所述蓄电池串联，同一条光伏电池组上的相邻两颗光伏电池之间设有一三极开关，该三极开关的第一、第二极导通时，次级光伏电池与上级光伏电池形成串联，该三极开关的第一、第三极导通时，次级光伏电池被短路；所述检测单元连接该光伏电池阵列和该蓄电池，并向所述控制单元发送检测信号；以及，所述控制单元连接该检测单元，并根据上述检测信号向该双极开关发送开关指令和向该多个三极开关发送电极选择信号。 
下面结合附图以具体实施例对本实用新型做详细说明。 
附图说明
图1是本实用新型的太阳能电池的结构示意图。 
具体实施方式
请参见图1，图1是本实用新型的太阳能电池的结构示意图。如图所示，太阳能电池主要包括光伏电池阵列10、蓄电池20、控制单元30和检测单元40。其中，光伏电池阵列10包括至少两条并联的光伏电池组11，每一条光伏电池组11包括至少两颗光伏电池，每一条光伏电池组11分别通过一个双极开关12与所述蓄电池20串联，同一条光伏电池组上的相邻两颗光伏电池之间设有一三极开关13，该三极开关13的第一、第二极导通时，次级光伏电池15与上级光伏电池14形成串联，该三极开关的第一、第三极导通时，次级光伏电池15被短路。应当理解的是，该光伏电池组的条数以及每一条光伏电池组中所含的光伏电池数和三极开关数，可以根据实际情况做具体设计，而非本实用新型中限制的数量。 
检测单元40连接光伏电池阵列10和蓄电池20，包括电压检测单元和电流检测单元，可以用来测量光伏电池阵列10和蓄电池20的输出电压或电流，并且将两个电压或两个电流进行比较，根据比较结果向控制单元30发送检测信号。 
而控制单元30接收到上述的检测信号后，根据该检测信号可以向任意一个或多个双极开关发送开或关的指令，也可以向任意一个或多个三极开关发送电极选择信号。 
由图1可以看出，当双极开关12处于“开”状态时，则与该双极开关12串联的光伏电池组11处于断路状态，此时这一条光伏电池组11不提供蓄电池20充电电流，因此双极开关12实际可以控制光伏电池阵列10对蓄电池20的充电电流。而当三极开关13处于第一、第三电极导通状态时，则连接在三极开关13后面的次级光伏电池15被短路，此时该光伏电池15不会对蓄电池20提供充电电压，因此三极开关13实际可以控制光伏电池阵列10对蓄电池20的充电电压。 
下面再说明本实用新型的工作机理。第一，通过检测装置实时检测光伏电池阵列当前串联结构下的输出电压和蓄电池的电压，动态的改变光伏电池阵列的串联级数。当输出电压小于蓄电池电压时，调整光伏电池的串联结构。通过三极开关增加串联的光伏电池，使得光伏电池阵列的输出电压大于蓄电池电压，且小于蓄电池电压加上ΔV(ΔV一般取3～5V)，如果光伏电池的输出电压仍不够，则把三极开关拨在第一、第二两极，继续增加输出电压。当光伏电池的输出电压高于蓄电池电压+ΔV时，减少串联的光伏电池个数(三极开关拨在第一、第三两极)，以防止过高的输出电压对电池造成损坏。 
第二，通过实时检测蓄电池的电压和充电电流，判断蓄电池的充电状况，依此来控制蓄电池的充电电流的大小，保证蓄电池工作在最佳充电状态。充电过程中，如图1所示，在开始充电时逐渐增加并联的光伏电池组数量(控制多个二极开关)，直到达到设定的最大充电电流或并联完所有的光伏电池组数量。随着充电的进行，当蓄电池的电压上升，到设定的最大电压时，减少并联的光伏电池组数，进行小电流充电，以防止蓄电池被烧毁。 
由以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本实用新型的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本实用新型的权利要求范围加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本实用新型所欲申请的权利要求的范围内。 

Claims (2)

1.一种太阳能电池，包括光伏电池阵列、蓄电池、控制单元和检测单元，其特征在于：所述光伏电池阵列包括至少两条并联的光伏电池组，每一条光伏电池组包括至少两颗光伏电池，该每一条光伏电池组分别通过一双极开关与所述蓄电池串联，同一条光伏电池组上的相邻两颗光伏电池之间设有一三极开关，该三极开关的第一、第二极导通时，次级光伏电池与上级光伏电池形成串联，该三极开关的第一、第三极导通时，次级光伏电池被短路；所述检测单元连接该光伏电池阵列和该蓄电池，并向所述控制单元发送检测信号；以及，所述控制单元连接该检测单元，并根据上述检测信号向该双极开关发送开关指令和向该多个三极开关发送电极选择信号。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述检测单元包括电压检测单元和电池检测单元。 
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