DE102008005510A1

DE102008005510A1 - Solar-Energiequelle

Info

Publication number: DE102008005510A1
Application number: DE102008005510A
Authority: DE
Inventors: James Chyi Saint Paul Lai; Tom Allen Saint Paul Agan; Chung Ping Saint Paul Lai
Original assignee: Northern Lights Semiconductor Corp
Current assignee: Northern Lights Semiconductor Corp
Priority date: 2007-10-11
Filing date: 2008-01-22
Publication date: 2009-04-23
Also published as: TW200917506A; JP2009094462A; GB0801515D0; TWI377686B; US20090095338A1; FR2922383A1; GB2453606B; GB2453606A; CN101409520A

Abstract

Eine Solar-Energiequelle beinhaltet einen Solarkollektor und einen Magnetkondensator. Der Solarkollektor nimmt Sonnenenergie auf, und der Magnetkondensator speichert Energie und stellt Elektrizität bereit. Der Solarkollektor hat eine erste Seite, welche der Sonne zugewandt ist, und der Magnetkondenss angebracht. Der Magnetkondensator hat eine Speicherkapazität hohen Wertes, um die vom Solarkollektor erzeugte Ladung aufzunehmen, und hat eine Barriere gegenüber Leckstrom, so dass die Speicherzeit verlängert ist. Die Solar-Energiequelle ist für viele Anwendungen einsetzbar und hat geringe Energietransportkosten. Die Solar-Energiequelle kann im Vergleich zu Batterien eine höhere Anzahl von Wiederaufladezyklen haben und kann ohne Verringerung der Ladungskapazität teilweise geladen oder entladen werden. Zwei Verfahren zur Herstellung der Solar-Energiequelle werden ebenfalls bereitgestellt.

Description

HINTERGRUND
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Solar-Energiequelle. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Solarenergiequelle mit einem Magentkondensator.
Beschreibung des Standes der Technik
Solarenergie kann ein guter Ersatz für die schwindenden Quellen herkömmlicher Energie sein. Unterschiedliche Entwicklungen von Solartechnologie sind verfügbar. Einige Solarsysteme verwenden ein Stromnetz, aber die Energie kann hunderte von Meilen entfernt von dem Ort erzeugt werden, an welchem sie verbraucht wird. Während des Transports erfolgt ein wesentlicher Energieverlust.
Ein anderer Typ von Energiequelle, die Energie für ein System, wie beispielsweise jedes elektronische Gerät, bereitstellt, ist eine Batterie. Eine Batterie stellt der Vorrichtung eine konstante Spannung zur Verfügung, so dass die elektronische Vorrichtung von einer stabilen Energiequelle versorgt werden kann. Allerdings leidet die Verwendung von Batterien als Energiequellen für elektronische Vorrichtungen unter einer Reihe von Problemen. Zum einen hat eine wiederaufladbare Batterie eine begrenzte Anzahl an Wiederaufladevorgängen und wenn sich die Anzahl der Wiederaufladungen dieser Grenze nähert, beginnt die Kapazität der Batterie abzunehmen. Zum zweiten hat eine Batterie ein Memory-Problem. Wenn eine Batterie nur teilweise geladen wird oder vor der vollständigen Erschöpfung der Energie geladen wird, dann kann die Kapazität der Batterie abnehmen.
Aus den vorhergehenden Gründen besteht ein Bedarf an einem neuen Typ von Solar-Energiequelle, die geringe Energietransportkosten hat und eine Alternative zu einer Batterie darstellen kann, während sie die oben erwähnten Probleme überwindet.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Solar-Energiequelle gerichtet, die dieses Bedürfnis nach geringen Energietransportkosten, einer höheren Anzahl von Wiederaufladevorgängen und teilweisem Laden oder Entladen ohne Verringerung der Kapazität erfüllt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Solar-Energiequelle bereitzustellen, die Sonnenlicht auffangen kann, die Energie speichern kann und Elektrizität bei Bedarf zur Verfügung stellen kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Solar-Energiequelle bereitzustellen, die als Batterie mit einer höheren Anzahl von Wiederaufladevorgängen dienen kann und ohne Leistungsverlust zwischen jedem Aufladen teilweise geladen oder entladen werden kann.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Solar-Energiequelle bereitzustellen, die sehr geringe Energietransportkosten hat, da die Energie nahe des Ortes gewonnen wird, an dem sie verbraucht wird.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung zwei Verfahren zur Herstellung der Solar-Energiequelle bereitzustellen.
Eine Solar-Energiequelle beinhaltet einen Solarkollektor und einen Magnetkondensator. Der Solarkollektor nimmt Sonnenenergie auf, und der Magnetkondensator speichert Sonnenenergie und stellt Elektrizität bereit. Der Solarkollektor hat eine erste Seite, welche der Sonne zugewandt ist, und der Magnetkondensator ist an einer zweiten Seite des Solarkollektors angebracht. Der Magnetkondensator hat eine Speicherkapazität hohen Wertes, um die vom Solarkollektor erzeugte Ladung aufzunehmen, und hat eine Barriere gegenüber Leckstrom, so dass die Speicherzeit verlängert ist.
Die Solarenergiequelle ist für viele Anwendungen, und insbesondere für tragbare Verbraucher, anwendbar. Wenn es nicht möglich ist, einen Verbraucher mit einem Stromnetz zu verbinden, kann die Solar-Energiequelle den Verbraucher mit Strom versorgen.
Zwei Verfahren zum Herstellen der Solar-Energiequelle werden ebenfalls bereitgestellt. Das erste Verfahren zum Herstellen der Solar-Energiequelle beinhaltet das Bilden eines Solarkollektors und dann das Bilden eines Magnetkondensators oben auf dem Solar-Kollektor.
Das zweite Verfahren zum Herstellen der Solar-Energiequelle beinhaltet das Bilden eines Solarkollektors, das Bilden eines Magnetkondensators, Verbinden des Solarkollektors mit dem Magnetkondensator mittels Stapelns, Anordnen eines ersten Drahtes zwischen einer zweiten Seite des Solarkollektors und einer dritten Seite des Magnetkondensators und Anbringen eines zweiten Drahtes an einer ersten Seite des Solarkollektors und einer vierten Seite des Magnetkondensators.
Der Solarkollektor und der Magnetkondensator werden mittels Halbleiterherstellungsausrüstung hergestellt, und eine höhere Temperatur wird verwendet, um den Solarkollektor herzustellen. Der Magnetkondensator hat eine Speicherkapazität hohen Wertes, um die vom Solarkollektor erzeugte Ladung aufzunehmen, und hat eine Barriere gegenüber Leckstrom, so dass die Speicherzeit verlängert ist.
Es muss verstanden werden, dass sowohl die vorhergehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft sind und vorgesehen sind, um eine weitergehende Erklärung der beanspruchten Erfindung zu liefern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHUNGEN
Die begleitenden Zeichnungen wurden einbezogen, um ein weitergehendes Verständnis der Erfindung bereit zu stellen und sind in diese Beschreibung einbezogen und stellen eine Teil von ihr da. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären. In den Zeichnungen
ist 1 eine Seitenquerschnittansicht, welche die Struktur der Solar-Energiequelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird nun detailliert Bezug auf die vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung genommen, von denen Beispiele in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht sind. Wo immer es möglich ist, werden in den Zeichnungen und der Beschreibung dieselben Bezugszeichen verwendet, um auf gleiche oder ähnliche Teile Bezug zu nehmen.
Es wird auf 1 Bezug genommen, eine Seitenquerschnittansicht, welche die Struktur der Solar-Energiequelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Solar-Energiequelle beinhaltet einen Solarkollektor 120 und einen Magnetkondensator 140. Der Solarkollektor 120 nimmt Sonnenenergie aus dem Sonnenlicht auf, und der Magnetkondensator 140 speichert die Sonnenenergie und stellt elektrischen Geräten wenn benötigt Elektrizität bereit. Der Solarkollektor 120 hat eine erste Seite 121 und eine zweite Seite 122, und der Magnetkondensator 140 hat eine dritte Seite 141 und eine vierte Seite 142. Die erste Seite 121 des Solarkollektors ist der Sonne zugewandt, und die dritte Seite 141 des Magnetkondensators ist an der zweiten Seite 122 des Solarkollektors angebracht. Die vierte Seite 142 des Magnetkondensators ist vom Sonnenlicht abgewandt. Ein erster Draht 150 ist zwischen der zweiten Seite 122 des Solarkollektors und der dritten Seite 141 des Magnetkondensators angeordnet. Der zweite Draht 170 ist mit der ersten Seite 121 des Solarkollektors und einer vierten Seite des Magnetkondensators 142 verbunden. Das Ende des ersten Drahtes 150 kann eine Anode 160 sein, während das Ende des zweiten Drahtes 170 eine Kathode 180 sein kann.
Ein Verfahren zum Herstellen der Solar-Energiequelle beinhaltet die folgenden Schritte: Bilden des Solarkollektors 120 mit einer ersten Seite 121 und einer zweiten Seite 122; Bilden des Magnetkondensators 140 mit einer dritten Seite 141 und einer vierten Seite 142; Verbinden des Solarkollektors 120 und des Magnetkondensators 140 mittels Stapelns; Anordnen eines ersten Drahtes 150 zwischen der zweiten Seite 122 des Solarkollektors und der dritten Seite 141 des Magnetkondensators; und Anbringen eines zweiten Drahtes 170 an der ersten Seite 121 des Solarkollektors und der vierten Seite 142 des Magnetkondensators. Das Ende des ersten Drahtes 150 bildet eine Anode 160, während das Ende des zweiten Drahtes 170 eine Kathode 180 bildet. Der Solarkollektor 120 und der Magnetkondensator 140 werden beide mittels Halbleiterherstellungsausrüstung hergestellt. Der Solarkollektor 120 wird bei einer hohen Temperatur gebildet, während der Magnetkondensator 140 bei einer geringeren Temperatur gebildet wird. Der Solarkollektor 120 und der Magnetkondensator 140 werden getrennt gefertigt und die Ausbeuten wären höher. Mit Metall auf der zweiten Seite des Solarkollektors 122 und Metall auf der dritten Seite des Magnetkondensators 141 ist es einfach, beide miteinander zu verbinden und den Stromkreis zu schließen.
Es gibt zwei Gründe, warum der Magnetkondensator 140 zusammen mit dem Solarkollektor 120 verwendet werden kann, um Solarenergie zu speichern. Zum Ersten hat der Magnetkondensator 140 eine Speicherkapazität hohen Werts, um die vom Solarkollektor erzeugte Ladung aufzunehmen. Zum Zweiten hat der Magnetkondensator 140 eine Barriere gegenüber Leckstrom, so dass die Speicherzeit der Energie stark erhöht ist.
Kondensatoren wurden nicht verwendet, um Solarenergie zu speichern, weil sie nicht die Speicherfähigkeit besitzen, um die große Ladungsmenge aufzunehmen, welche von den Solarkollektoren im vollen Sonnenlicht erzeugt wird. Typischerweise macht ein Tag Sonnenlicht durchschnittlich ungefähr 5 Stunden maximaler Einstrahlung aus. Wenn die Ladungsstromdichte, welche von einem Kondensator bereitgestellt wird, der zum Speichern der erzeugten Sonnenenergie entworfen wurde, 3,3 mA/cm² beträgt, würde die gesamte zu speichernde Ladung 3,3 × 10^–3 × 18000 (Sekunde) = 59,4 C/cm² betragen. Wenn dieser Kondensator eine Maximalspannung von 0,45 V erreichen soll, sollte die Kapazität 59,4/0,45 = 132 F/cm² betragen. Weiterhin würde aus dieser Kapazität für eine herkömmliche Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von ungefähr 15% 3142 F/cm² werden, ohne dabei den Lade-Entlade-Wirkungsgrad in Betracht zu ziehen. Mit Magnetkondensatoren ist dies Kapazität möglich. Mit vielen Berichten von 10⁹ Anstiegen, kann man eine Kapazität von über 5000 F/cm² erwarten. So kann der Magnetkondensator die große Ladungsmenge aufnehmen, welche von dem Solarkollektor erzeugt wird.
Ein anderer Grund dafür, dass Kondensatoren nicht verwendet wurden, um Energie zu speichern ist wegen des Leckstroms. Allerdings haben Magnetkondensatoren eine Barriere gegenüber Leckstrom, da die magnetischen Schichten Strom von entweder spin-up oder spin-down am Durchtreten hindern.
Die Solar-Energiequelle kann in sehr vielen Anwendungen eingesetzt werden und ist besonders geeignet für tragbare Verbraucher. Wenn es nicht möglich ist, einen Verbraucher mit einem Stromnetz zu verbinden, dient die Solar-Energiequelle dazu, den Verbraucher mit Strom versorgen.
Die Solar-Energiequelle kann als Batterie mit einer viel größeren Anzahl von Wiederaufladevorgängen im Vergleich zu chemischen Batterien dienen und kann ohne Leistungsverlust zwischen jedem Aufladen teilweise geladen oder entladen werden. Weiterhin ist die Solar-Energiequelle effizienter, da sie sehr geringe Energietransportkosten hat. Die Solarenergie wird im Magnetkondensator angrenzend an den Solarkollektor gespeichert, so dass die Energie nahe dem Ort verbraucht wird, an dem sie gewonnen wird. Im Vergleich zum Stromnetz, in dem die Energie hunderte von Meilen entfernt von dem Ort erzeugt werden kann, an welchem sie verbraucht wird, erfolgt während des Transports ein wesentlicher Energieverlust.
Auch wenn die vorliegende Erfindung sehr detailliert unter Bezug auf verschiedene bevorzugte Ausführungsformen davon beschrieben wurde, sind dennoch andere Ausführungsformen möglich. Beispielsweise wird, wenn der Solarkollektor und der Magnetkondensator im selben Arbeitsablauf hergestellt werden, der Solarkollektor bei einer höheren Temperatur gebildet werden und der Magnetkondensator wird später gebildet werden. Das Verfahren ähnelt dem typischen Halbleiterherstellungsverfahren, wobei zuerst die Transistoren und später die Metall-Routingschicht gefertigt werden. Dann wird diese Solar-Energiequelle einfach umgedreht, so dass der Solarkollektor der Sonne zugewandt ist und der Magnetkondensator von der Sonne abgewandt ist. Daher sollten Wesen und Umfang der beigefügten Ansprüche nicht auf die Beschreibung der hierin enthaltenen bevorzugten Ausführungsformen eingeschränkt werden.
Es wird für Fachleute offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an der Struktur der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Umfang und dem Wesen der Erfindung abzuweichen. Angesichts des vorhergehenden ist vorgesehen, dass die vorliegende Erfindung Modifikationen und Variationen dieser Erfindung umfasst, soweit sie in den Umfang der folgenden Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.

Claims

Solar-Energiequelle, umfassend: einen Solarkollektor zum Aufnehmen von Sonnenenergie; und einen Magnetkondensator zum Speichern von Sonnenenergie und Bereitstellen von Elektrizität; wobei de Solarkollektor eine erste Seite hat, welche der Sonne zugewandt ist, und der Magnetkondensator mit einer zweiten Seite des Solarkollektors verbunden ist.
Solar-Energiequelle nach Anspruch 1, wobei die Solarenergiequelle an einen tragbaren Verbraucher anschließbar ist.
Solar-Energiequelle nach Anspruch 1, wobei die Solarenergiequelle einen Verbraucher mit Strom versorgt, wenn es nicht möglich ist, den Verbraucher mit einem Stromnetz zu verbinden.
Solar-Energiequelle nach Anspruch 1, wobei die Ladungskapazität der Solar-Energiequelle erhalten bleibt, wenn die Solar-Energiequelle zwischen jedem Wiederaufladen teilweise geladen oder entladen wird.
Solar-Energiequelle nach Anspruch 1, wobei die Solar-Energiequelle im Vergleich zu einer chemischen Batterie eine hohe Anzahl von Wiederaufladevorgängen hat.
Solar-Energiequelle nach Anspruch 1, wobei der Magnetkondensator eine Speicherkapazität hohen Werts hat, um vom Solarkollektor erzeugte Ladung aufzunehmen.
Solar-Energiequelle nach Anspruch 1, wobei der Magnetkondensator eine Barriere gegenüber Leckstrom aufweist, so dass die Speicherzeit verlängert ist.
Verfahren zur Herstellung einer Solar-Energiequelle, umfassend die Schritte: Bilden eines Solarkollektors; und Bilden eines Magnetkondensators oben auf dem Solarkollektor.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Solarkollektor und der Magnetkondensator mittels Halbleiterherstellungsausrüstung hergestellt werden, und eine höhere Temperatur verwendet wird, um den Solarkollektor herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Magnetkondensator eine Speicherkapazität hohen Werts hat, um vom Solarkollektor erzeugte Ladung aufzunehmen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Magnetkondensator eine Barriere gegenüber Leckstrom aufweist, so dass die Speicherzeit verlängert ist.
Verfahren zur Herstellung einer Solar-Energiequelle, umfassend die Schritte: Bilden eines Solarkollektors mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite; Bilden eines Magnetkondensators mit einer dritten Seite und einer vierten Seite; Verbinden des Solarkollektors mit dem Magnetkondensator mittels Stapelns; Anordnen eines ersten Drahtes zwischen der zweiten Seite des Solarkollektors und der dritten Seite des Magnetkondensators; und Anbringen eines zweiten Drahtes an der ersten Seite des Solarkollektors und der vierten Seite des Magnetkondensators.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Solarkollektor und der Magnetkondensator mittels Halbleiterherstellungsausrüstung hergestellt werden, und eine höhere Temperatur verwendet wird, um den Solarkollektor herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Magnetkondensator eine Speicherkapazität hohen Werts hat, um vom Solarkollektor erzeugte Ladung aufzunehmen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Magnetkondensator eine Barriere gegenüber Leckstrom aufweist, so dass die Speicherzeit verlängert ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der erste Draht eine Anode bildet und der zweite Draht eine Kathode bildet.