DE202013101778U1

DE202013101778U1 - Blitzenergiespeichersystem

Info

Publication number: DE202013101778U1
Application number: DE202013101778U
Authority: DE
Original assignee: Northern Lights Semiconductor Corp
Current assignee: Northern Lights Semiconductor Corp
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2023-04-25
Also published as: JP2014036570A; CN203761141U; GB2504788B; GB201221386D0; US20140042987A1; TW201407916A; DE102013200111A1; GB2504788A; KR20140020714A; CN103580289A; TWM462474U

Abstract

Blitzenergiespeichersystem mit: – einem Blitzableiter, der dazu ausgelegt ist, einen Blitz anzuziehen und elektrische Energie zu übertragen; – einer Leitung; – einer Blitzenergiesammeleinheit, die wenigstens einen magnetischen Kondensator und einen Schalter aufweist, wobei jeder des wenigstens einen magnetischen Kondensators aufweist: – einen ersten magnetischen Abschnitt, – einen zweiten magnetischen Abschnitt, und – einen dielektrischen Abschnitt, der zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Abschnitt ausgebildet ist, um die elektrische Energie zu speichern, und eine Dicke von wenigstens 10 Ångström aufweist; und – einem Staberder, wobei – ein Steuersignal den Schalter steuert, um die elektrische Energie über den Staberder zur Masse oder zum Laden des wenigstens einen magnetischen Kondensators zu leiten, im Ansprechen auf einen Ladezustand des wenigstens einen magnetischen Kondensators.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energiespeichersystem. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Blitzenergiespeichersystem.
Seit Jahren wird nach einer effektiven und kostengünstigen Energiequelle für verschiedene Energieverbrauchseinrichtungen des modernen Lebens sowie in Wirtschaft und Technologie gesucht. Dabei besteht eines der Hauptinteressen bei einer Verwendung der Energiequellen darin, umweltfreundliche Quellen zu gewinnen.
Blitze sind Phänomene atmosphärischer elektrischer Entladung. Bei ausreichender Stärke eines elektrischen Feldes erfolgt eine elektrische Entladung (Blitz) innerhalb von Wolken oder zwischen Wolken und dem Boden. Ein Blitz kann sowohl mit positiver als auch negativer Polarität auftreten. Ein durchschnittlicher Blitz negativer Polarität führt einen elektrischen Strom von 30,000 Ampere (30 kA) und überträgt 15 Coulomb an elektrischer Ladung und 500 Megajoule an Energie. Starke Blitze können bis zu 120 kA und 350 Coulomb führen. Ein durchschnittlicher Blitz positiver Polarität führt einen elektrischen Strom von ungefähr 300 kA, was ungefähr dem 10-Fachen desjenigen eines Blitzes negativer Polarität entspricht.
Folglich besteht Bedarf an einer Vorrichtung zum Sammeln und/oder Speichern der elektrischen Energie eines Blitzes.
Ausführungsformen der Erfindung betreffen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Sammeln und/oder Speichern elektrischer Energie. Besondere Ausführungsformen sind auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Sammeln und/oder Speichern der elektrischen Energie eines Blitzes gerichtet. Eine besondere Ausführungsform bezieht sich auf ein Blitzenergiespeichersystem, das einen Blitzableiter, eine Leitung, eine Blitzenergiesammeleinheit und einen Staberder aufweist. Der Blitzableiter ist dazu ausgelegt, einen Blitz anzuziehen und elektrische Energie zu übertragen. Die Blitzenergiesammeleinheit weist wenigstens einen magnetischen Kondensator und einen Schalter auf. Der magnetische Kondensator weist einen ersten magnetischen Abschnitt, einen zweiten magnetischen Abschnitt und einen dielektrischen Abschnitt, der zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Abschnitt ausgebildet ist, auf. Der dielektrische Abschnitt ist dazu ausgelegt, die elektrische Energie zu speichern, und weist eine Dicke von wenigstens 10 Ångström auf, um einen Verlust an elektrischer Energie zu verringern, vorzugsweise zu verhindern. Ein Steuersignal steuert den Schalter, um die elektrische Energie über den Staberder zur Masse zu leiten, oder um die elektrische Energie zum Laden des magnetischen Kondensators zu leiten, im Ansprechen auf einen Ladezustand des magnetischen Kondensators.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Dicke des dielektrischen Abschnitts 100 Ångström.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Blitzenergiesammeleinheit ferner einen mit der Leitung verbundenen Wandler auf, der eine Spannung der elektrischen Energie abstimmt, um den magnetischen Kondensator zu laden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Blitzenergiesammeleinheit vollständig in einem Gehäuse untergebracht, das eine umgebungsfest abgedichtete Abdeckung aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Blitzenergiesammeleinheit ferner einen Detektor auf, um den Ladezustand des magnetischen Kondensators zu erfassen und das Steuersignal im Ansprechen auf den Ladezustand auszugeben.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Blitzenergiesammeleinheit mehrere magnetische Kondensatoren auf, die parallel geschaltet und in einem Substrat gebildet sind.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Substrat ferner einen ersten Verbinder und einen zweiten Verbinder auf, wobei die elektrische Energie die magnetischen Kondensatoren über den ersten Verbinder lädt und die magnetischen Kondensatoren die elektrische Energie über den zweiten Verbinder an eine externe Vorrichtung geben.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Substrat ferner einen dritten Verbinder auf, der mit dem Staberder verbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform schaltet der Schalter dann, wenn die magnetischen Kondensatoren vollständig geladen sind (Ladezustand = vollständig geladen), den ersten Verbinder, um eine Verbindung mit dem dritten Verbinder herzustellen, um die elektrische Energie zum Staberder zu leiten, und schaltet der Schalter dann, wenn die magnetischen Kondensatoren nicht vollständig geladen sind (Ladezustand = nicht vollständig geladen), den ersten Verbinder, um eine Verbindung mit den magnetischen Kondensatoren herzustellen, um die elektrische Energie zum Laden der magnetischen Kondensatoren zu leiten.
Die obige und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich. In den Zeichnungen zeigt:
1 ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Sammeln und Speichern der elektrischen Energie eines Blitzes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Abbildung eines magnetischen Kondensators zum Speichern von elektrischer Energie eines Blitzes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Abbildung von mehreren magnetischen Kondensatoren, die zusammen in einem Substrat gebildet sind, um elektrische Energie eines Blitzes zu speichern, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine schematische Abbildung von mehreren magnetischen Kondensatoren, die zusammen in einem Substrat gebildet sind, um elektrische Energie eines Blitzes zu speichern, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
5 ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Sammeln und Speichern der elektrischen Energie eines Blitzes gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Nachstehend werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von denen eines oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen gezeigt sind, näher beschrieben. Die Beispiele dienen jedoch lediglich zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung und nicht zu deren Beschränkung. So können beispielsweise Merkmale, die als ein Teil einer Ausführungsform gezeigt oder beschrieben sind, in Verbindung mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform hervorzubringen. Die vorliegende Erfindung soll derartige Modifikationen und Änderungen mit umfassend verstanden werden.
1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Sammeln und Speichern der elektrischen Energie eines Blitzes. Die Vorrichtung 100 zum Sammeln und Speichern der elektrischen Energie eines Blitzes weist einen oder mehrere Blitzableiter 101, eine Leitung 102, eine oder mehrere Blitzenergiesammeleinheiten (LEH-Einheiten) 103 und einen Staberder 104 auf. Der Blitzableiter 101 ist dazu ausgelegt, einen Blitz anzuziehen und elektrische Energie zu übertragen. Der Blitzableiter 101 ist ein Metallstab oder ein metallisches Objekt, der bzw. das auf dem Dach eines Gebäudes 200 (d.h. oben auf einem Gebäude 200) befestigt ist. In einer weiteren Ausführungsform ist der Blitzableiter 101 auf dem Dach eines Turms 201 befestigt.
Die Leitung 102 ist den Blitzableiter 101 und die Blitzenergiesammeleinheit (LEH-Einheit) 103 oder den Blitzableiter 101 und den Staberder 104 verbindend angeordnet. Die Leitung 102 ist derart aufgebaut, dass sie elektrische Energie vom Blitzableiter 101 zur Blitzenergiesammeleinheit (LEH-Einheit) 103 leitet, um diese zu speichern, oder zum Staberder 104 leitet, um diese abzuleiten.
In einer Ausführungsform ist die Blitzenergiesammeleinheit 103 in einem Gehäuse bzw. einer Box untergebracht. Das Gehäuse weist eine umgebungsfest abgedichtete Abdeckung zur Sicherheit und zum Schutz vor Wettereinflüssen auf. Die Blitzenergiesammeleinheit (LEH-Einheit) 103 ist aus einem oder mehreren magnetischen Kondensatoren 200 aufgebaut. Ein magnetischer Kondensator ist basierend auf dem GMC-(Giant-Magneto-Capacitance)-Phänomen aufgebaut. Er weist eine Kapazität auf, die 10⁶–10⁷-mal größer als diejenige eines gewöhnlichen Kondensators gleicher Abmessungen und dielektrischen Materials ist. Ein magnetischer Kondensator ist eine Energiespeichervorrichtung. 2 zeigt eine schematische Abbildung eines magnetischen Kondensators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der dazu ausgelegt ist, elektrische Energie eines Blitzes zu speichern. Ein magnetischer Kondensator 200 weist einen ersten magnetischen Abschnitt 210, einen zweiten magnetischen Abschnitt 220 und einen dielektrischen Abschnitt 230, der zwischen dem ersten magnetischen Abschnitt 210 und dem zweiten magnetischen Abschnitt 220 vorgesehen ist, auf. Der dielektrische Abschnitt 230 ist ein dünner Film bzw. eine dünne Schicht, wobei der dielektrische Abschnitt 230 aus dielektrischem Material, wie beispielsweise BaTiO₃ oder TiO₃, aufgebaut ist. Der dielektrische Abschnitt 230 ist vorgesehen, um elektrische Energie zu speichern, und der erste magnetische Abschnitt 210 und der zweite magnetische Abschnitt 220 sind erforderlich, um die isolierende Wirkung hervorzurufen, um zu verhindern, dass der Strom hindurchströmt (d.h. elektrische Energie, Leckstrom). Der dielektrische Abschnitt 230 weist ferner eine Dicke von wenigstens 10 Ångström (Å) auf, um den Verlust an elektrischer Energie zu verhindern. In einer Ausführungsform beträgt die Dicke des dielektrischen Abschnitts 230 wenigstens 10 Å, wenigstens 100 Å und/oder 100 Å, um den Verlust an elektrischer Energie zu verhindern.
In einer weiteren Ausführungsform können, wie in 3 gezeigt, mehrere magnetische Kondensatoren 200 zusammen in einem Substrat 240 gefertigt sein, um die Blitzenergiesammeleinheit 103 zu bilden. Ein Verbinder 250 ist in dem Substrat 240 gebildet, um eine Verbindung mit der Leitung 102 herzustellen. Diese magnetischen Kondensatoren 200 sind parallel geschaltet und mit dem Verbinder 250 verbunden, um die elektrische Energie eines Blitzes zu empfangen, und mit dem Verbinder 253 verbunden, um elektrische Energie an eine externe Vorrichtung zu geben.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Blitzenergiesammeleinheit 103 ferner ein Energieverwaltungsmodul 260 auf. Das Energieverwaltungsmodul 260 stellt über einen Verbinder 251 eine Verbindung zur Leitung 102 her und über den Verbinder 252 eine Verbindung zum Staberder 104 her. Das Energieverwaltungsmodul 260 weist einen Detektor 2601 und einen Schalter 2602 auf. Der Detektor 2601 erfasst den Ladezustand des magnetischen Kondensators 200, um die in den magnetischen Kondensatoren 200 gespeicherte elektrische Energie zu bestimmen. In einer Ausführungsform gibt der Detektor 2601 dann, wenn die in den magnetischen Kondensatoren 200 gespeicherte elektrische Energie einen bestimmten Wert überschreitet, ein Steuersignal an den Schalter 2602, um den Schalter 2602 derart zu schalten, dass die elektrische Energie eines Blitzes über den Staberder 104 zur Masse geleitet wird. Der Blitzableiter 101 empfängt beispielsweise die elektrische Energie eines Blitzes, um diese magnetischen Kondensatoren 200 zu laden. Der Detektor 2601 erfasst den Ladezustand dieser magnetischen Kondensatoren 200 in Echtzeit. Wenn der Detektor 2601 bestimmt, dass diese magnetischen Kondensatoren 200 vollständig geladen sind, gibt der Detektor 2601 ein Steuersignal aus, um den Schalter 2602 derart zu schalten, dass die elektrische Energie eines Blitzes über den Staberder 104 zur Masse geleitet wird. Ferner weist das Energieverwaltungsmodul 260 in einer besonderen Ausführungsform ferner einen Wandler 2603 auf, um die Spannung der elektrischen Energie eines Blitzes in eine Ladespannung zum Laden dieser magnetischen Kondensatoren 200 zu wandeln.
Fachleuten wird ersichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise modifiziert und geändert werden kann, ohne ihren Schutzumfang zu verlassen. Die verschiedenen Modifikationen und Änderungen im Rahmen dieser Offenbarung sollen folglich als mit im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, so wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt wird, beinhaltet verstanden werden.
Vorstehend wird ein Blitzenergiespeichersystem offenbart.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Sammeln und/oder Speichern von elektrischer Energie eines Blitzes. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Blitzenergiespeichersystem, das einen Blitzableiter, eine Leitung, eine Blitzenergiesammeleinheit und einen Staberder aufweist. Der Blitzableiter ist dazu ausgelegt, einen Blitz anzuziehen und elektrische Energie zu übertragen. Die Blitzenergiesammeleinheit weist wenigstens einen magnetischen Kondensator und einen Schalter auf. Der Staberder ist mit der Leitung verbunden. Ein Steuersignal steuert den Schalter im Ansprechen auf einen Ladezustand des magnetischen Kondensators, um die elektrische Energie über den Staberder zur Masse oder zum Laden des magnetischen Kondensators zu leiten.

Claims

Blitzenergiespeichersystem mit: – einem Blitzableiter, der dazu ausgelegt ist, einen Blitz anzuziehen und elektrische Energie zu übertragen; – einer Leitung; – einer Blitzenergiesammeleinheit, die wenigstens einen magnetischen Kondensator und einen Schalter aufweist, wobei jeder des wenigstens einen magnetischen Kondensators aufweist: – einen ersten magnetischen Abschnitt, – einen zweiten magnetischen Abschnitt, und – einen dielektrischen Abschnitt, der zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Abschnitt ausgebildet ist, um die elektrische Energie zu speichern, und eine Dicke von wenigstens 10 Ångström aufweist; und – einem Staberder, wobei – ein Steuersignal den Schalter steuert, um die elektrische Energie über den Staberder zur Masse oder zum Laden des wenigstens einen magnetischen Kondensators zu leiten, im Ansprechen auf einen Ladezustand des wenigstens einen magnetischen Kondensators.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des dielektrischen Abschnitts wenigstens 100 Ångström beträgt.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des dielektrischen Abschnitts 100 Ångström beträgt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blitzenergiesammeleinheit ferner einen mit der Leitung verbundenen Wandler aufweist, der eine Spannung der elektrischen Energie abstimmt, um den wenigstens einen magnetischen Kondensator zu laden.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blitzenergiesammeleinheit vollständig in einem Gehäuse untergebracht ist, das eine umgebungsfest abgedichtete Abdeckung aufweist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blitzenergiesammeleinheit ferner einen Detektor aufweist, um den Ladezustand des wenigstens einen magnetischen Kondensators zu erfassen und das Steuersignal im Ansprechen auf den Ladezustand auszugeben.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine magnetische Kondensator mehrere magnetische Kondensatoren aufweist, die parallel geschaltet sind.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren magnetischen Kondensatoren in einem Substrat angeordnet sind.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ferner einen ersten Verbinder und einen zweiten Verbinder aufweist, wobei die elektrische Energie die mehreren magnetischen Kondensatoren über den ersten Verbinder lädt und die mehreren magnetischen Kondensatoren die elektrische Energie über den zweiten Verbinder an eine externe Vorrichtung geben.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ferner einen dritten Verbinder aufweist, der mit dem Staberder verbunden ist.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter dann, wenn die mehreren magnetischen Kondensatoren vollständig geladen sind, den ersten Verbinder derart schaltet, dass eine Verbindung mit dem dritten Verbinder hergestellt wird, um die elektrische Energie zum Staberder zu leiten.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter dann, wenn die mehreren magnetischen Kondensatoren nicht vollständig geladen sind, den ersten Verbinder derart schaltet, dass eine Verbindung mit den mehreren magnetischen Kondensatoren hergestellt wird, um die elektrische Energie zum Laden der mehreren magnetischen Kondensatoren zu leiten.