CN107180886A - 光伏发电装置和穿戴电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光伏发电装置和穿戴电子设备。一种光伏发电装置，包括PCB板，以及设置在PCB板上的光伏电池、升压电路以及覆盖光伏电池的光学胶；光学胶的表面呈弧面状，相对于PCB板向上凸起，用于将太阳光聚焦在光伏电池上；光伏电池用于将太阳能转换为电能并输出直流源信号；升压电路与光伏电池连接，用于采集直流源信号，并对直流源信号升压处理，并输出稳定的预设电压信号为负载供电。通过上述光伏发电装置，在单位时间内，可以提高聚光率，进而提高光伏电池的光电转换率。同时，结合高效的升压电路的升压处理，能够提供稳定的3‑5V输出电压给负载(所有需要的线路部分)供电。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，特别是涉及光伏发电装置和穿戴电子设备。
背景技术
近年来，太阳能光伏发电在全球取得长足发展。常用光伏电池一般为多晶硅和单晶硅电池，然而由于原材料多晶硅的供应能力有限，给光伏产业的健康发展带来困难。目前，技术上解决这一困难的途径有两条：一是采用薄膜太阳电池，二是采用聚光太阳电池，减小对原料在量上的依赖程度。常用薄膜电池转化率较低，因此新型的高倍聚光电池系统受到研究者的重视。聚光太阳电池光电转换效率高达38％以上，比传统晶硅原料高出许多，符合修改后的京都议定书规范。但是，应用在穿戴设备中时，聚光太阳电池的电能随着阳光的大小和阳光照射的角度变化，聚光效率较低，而且没有稳定的电压输出，阳光少时基本没有电压输出，用户体验度不高。
发明内容
基于此，有必要针对聚光效率低、输出电压不稳定的问题，提供一种聚光效率高且能够稳定输出为负载供电的光伏发电装置和穿戴电子设备。
一种光伏发电装置，包括PCB板，以及设置在所述PCB板上的光伏电池、升压电路以及覆盖所述光伏电池的光学胶；
所述光学胶的表面呈弧面状，相对于所述PCB板向上凸起，用于将太阳光聚焦在所述光伏电池上；
所述光伏电池用于将太阳能转换为电能并输出直流源信号；
所述升压电路与所述光伏电池连接，用于采集所述直流源信号，并对所述直流源信号升压处理，并输出稳定的预设电压信号为负载供电。
上述光伏发电装置，通过在光伏电池上覆盖具有高透射率的光学胶，其光学胶的表面呈弧面状，能够将不同时间段的太阳光聚焦在光伏电池上，其聚光能够达到15％，在单元时间内，能够提高光伏电池的电能转换量。同时，通过设置与光伏电池电连接的升压电路，能够采集光伏电池输出的直流源信号，并对采集的直流源信号进行升压充电处理，并输出稳定的预设电压信号为负载供电。
在其中一个实施例中，所述光学胶在所述PCB板上的投影图呈圆形。
在其中一个实施例中，所述投影图的半径的范围为2.5毫米～5.0毫米；且所述光学胶的最高点与所述PCB板的距离的范围为1.4毫米～2毫米。
在其中一个实施例中，所述投影图的半径为2.6毫米；且所述光学胶的最高点与所述PCB板的距离的范围为1.59毫米。
在其中一个实施例中，所述光学胶为天然树脂光学胶或合成树脂光学胶。
在其中一个实施例中，所述升压电路包括转换芯片、升压单元和降压单元，所述转换芯片分别与所述升压单元、降压单元连接；
所述转换芯片用于采集和控制所述光伏电池输出的直流源信号；
所述升压单元在所述转换芯片的控制下，对接收的所述直流源信号进行升压充电处理；所述降压单元在所述微控制的控制下，对所述升压后的直流源信号降压处理并输出为外围电子设备供电。
在其中一个实施例中，所述升压电路还包括调节单元，所述调节单元与所述转换芯片连接，用于调节所述预设电压信号。
在其中一个实施例中，所述升压电路还包括检测单元，所述检测单元与所述转换芯片连接；用于检测所述光伏电池输出的直流源信号的大小。
在其中一个实施例中，所述光伏电池为砷化镓光伏电池。
此外，还提供一种穿戴电子设备，包括上述的光伏发电装置，所述光伏发电装置用于给所述穿戴电子设备供电。
附图说明
图1为一个实施例中光伏发电装置的剖面结构示意图；
图2a为一个实施例中光学胶对太阳光的聚焦光线图；
图2b为另一个实施例中光学胶对太阳光的聚焦光线图；
图2c为再一个实施例中光学胶对太阳光的聚焦光线图；
图3为另一个实施例中光伏发电装置的剖面结构示意图；
图4为一个实施例中升压电路的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为光伏发电装置的剖面结构示意图，在一个实施例中，光伏发电装置包括PCB板10，以及设置在所述PCB板10上的光伏电池110、升压电路120以及覆盖所述光伏电池110的光学胶20。其中，所述光学胶20的表面呈弧面状，相对于所述PCB板10向上凸起，用于将太阳光聚焦在所述光伏电池110上。所述光伏电池110用于将太阳能转换为电能并输出直流源信号。所述升压电路120与所述光伏电池110连接，用于采集所述直流源信号，并对所述直流源信号升压充电处理，并输出稳定的预设电压信号为负载供电。
通过在光伏电池110上覆盖具有高透射率的光学胶20，其光学胶20的表面呈弧面状，能够将不同时间段(或不同照射角度)的太阳光聚焦在光伏电池110上，其聚光能够达到15％，在单元时间内，能够提高光伏电池110的电能转换量。同时，通过设置与光伏电池110电连接的升压电路120，能够采集光伏电池110输出的直流源信号，并对采集的直流源信号进行升压充电处理，并输出稳定的预设电压信号为负载供电。
在一个实例中，所述光伏电池110为砷化镓光伏电池，能够将太阳能转换为电能并输出直流源信号。GaAs属于III-V族化合物半导体材料，其能隙与太阳光谱的匹配较适合，且能耐高温。砷化镓的禁带较硅为宽，使得它的光谱响应性和空间太阳光谱匹配能力较硅好。单结的砷化镓光伏电池理论效率达到27％，而多结的砷化镓光伏电池理论效率更超过50％。
在一个实施例中，所述光学胶20具有无色透明、光透过率在90％以上、胶结强度良好，可在室温或中温下固化，且有固化收缩小等特点。
具体地，天然树脂光学胶，是采用松科的冷杉亚科属的树种分泌物的树脂或针叶树种分泌物的树脂，经加工制成。冷杉属的树脂，具有天然的不结晶性、折光率接近于光学玻璃，透明度高，并能迅速固化等特点。
合成树脂光学胶由于粘接强度高，耐高低温性好，能在振动、辐射等苛刻条件下工作，逐渐成为主要的光学用透明胶。作为光学元件用的合成树脂透明光学胶有不饱和聚酯、环氧胶粘剂、聚氨酯胶、有机硅凝胶、光固化胶等。合成树脂光学胶的折射率越大，其透光率越高。
在一个实施例中，光学胶20相对于所述PCB板10向上凸起，光学胶20的表面呈弧面状，且光学胶20将整个光伏电池110包裹在内，也即，位于光伏电池110上的各个角度的太阳光均能通过光学胶20聚焦在光伏电池110上。
具体地，所述光学胶20在所述PCB板10上的投影图呈圆形。光学胶20在PCB板10的形状可以为水滴形，能够对不同角度(或不同时刻)的太阳光进行聚焦。如图2a所示的为太阳光正入射(正午时间)时，光学胶20对太阳光的聚焦光线图，如图2b所示的为太阳光角度入射(上午时间)时，光学胶20对太阳光的聚焦光线图，如图2c所示的为太阳光角度入射(下午时间)时，光学胶20对太阳光的聚焦光线图。
在一个实施例中，所述投影图的半径的范围为2.5毫米～5.0毫米，且所述光学胶20的最高点与所述PCB板10的距离的范围为1.4毫米～2毫米。
进一步地，所述投影图的半径为2.6毫米，且所述光学胶20的最高点与所述PCB板10的距离的范围为1.59毫米，参考图3。
通过上述设置的高透光(95％以上)的光学胶20以及相应的光学聚光角度，可以提高对太阳光的聚焦率，通过试验仿真，其聚焦率可达到5％～15％，进而，在单位时间内，大大提高了光伏电池110的进光强度，也即，在单元时间内，相对于传统的未设置光学胶20的光伏电池110，提高了光伏电池110的光转化效率。同时，由于将光伏电池110包裹在光学胶20内，对光伏电池110具有一定的保护作用。
在一个实施例中，参考图4，所述升压电路120包括转换芯片121、升压单元122和降压单元123，所述转换芯片121分别与所述升压单元122、降压单元123连接。所述转换芯片121用于采集和控制所述光伏电池110输出的直流源信号；所述升压单元122在所述转换芯片121的控制下，对接收的所述直流源信号进行升压处理；所述降压单元123在所述微控制的控制下，对所述升压后的直流源信号降压处理并输出为外围电子设备供电。通过升压电路120，能够将光伏电池110输出的直流源信号(0.9-2.8V)转换为4.2V或其他预设电压信号为外围电子设备供电。
具体地，转换芯片121是一款集成了超低静态电流充电器和降压转换器的集成芯片。转换芯片121只需要微瓦电力即可开始工作，一旦启动，转换芯片121能够有效地光伏电池110的低压输出采集器中采集能量。具体地，转换芯片121能够在VIN低至330mV时启动，并且一旦启动，能够在VIN低至100mV时持续采集能量，并也会持续的为负载提供稳定的电压供给。
在一个实施例中，所述升压电路120还包括调节单元124，所述调节单元124与所述转换芯片121连接，用于调节所述预设电压信号。其中，调节单元124中的电阻R10与电阻R11用于转换芯片121降压处理后的输出电压，也即，可以通过调节电阻R10与电阻R11来调整升压电路120最终的输出电压。
在一个实施例中，所述升压电路120还包括检测单元125，所述检测单元125与所述转换芯片121连接；用于检测所述光伏电池110输出的直流源信号的大小。转换芯片121还可以用于设置最大的升压值。由于光伏电池110的输出电压值与聚光量相关，其光伏电池110输出的直流源信号的电压值会随着光照时长、光照角度而变化，通过设置检测单元125，可以实时检测光伏电池110输出的直流源信号的电压值，根据检测的结果反馈控制升压单元122，确保经升压电路120处理后的输出电压值的稳定性，同时还可以保护光伏电池110。
通过上述光伏发电装置，在有太阳光照射的情况下，在单位时间内，可以提高聚光率，进而提高光伏电池110的光电转换率。同时，结合高效的升压电路120的升压处理，能够提供稳定的3-5V输出电压给负载(所有需要的线路部分)供电。
本发明实施例还提供一种穿戴电子设备，穿戴电子设备包括上述任一实施例中的光伏发电装置，所述光伏发电装置用于给所述穿戴电子设备供电。其中，穿戴电子设备可以为智能手环、电子手表、智能眼镜等。通过在穿戴电子设备中内置上述任一实施例中的光伏发电装置，可以高效、稳定的为穿戴电子设备供电，提高用户体验度，还可以简化穿戴电子设备中的结构。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种光伏发电装置，其特征在于，包括PCB板，以及设置在所述PCB板上的光伏电池、升压电路以及覆盖所述光伏电池的光学胶；
所述光学胶的表面呈弧面状，相对于所述PCB板向上凸起，用于将太阳光聚焦在所述光伏电池上；
所述光伏电池用于将太阳能转换为电能并输出直流源信号；
所述升压电路与所述光伏电池连接，用于采集所述直流源信号，并对所述直流源信号升压处理，并输出稳定的预设电压信号为负载供电。
2.根据权利要求1所述的光伏发电装置，其特征在于，所述光学胶在所述PCB板上的投影图呈圆形。
3.根据权利要求2所述的光伏发电装置，其特征在于，所述投影图的半径的范围为2.5毫米～5.0毫米；且所述光学胶的最高点与所述PCB板的距离的范围为1.4毫米～2毫米。
4.根据权利要求3所述的光伏发电装置，其特征在于，所述投影图的半径为2.6毫米；且所述光学胶的最高点与所述PCB板的距离的范围为1.59毫米。
5.根据权利要求1所述的光伏发电装置，其特征在于，所述光学胶为天然树脂光学胶或合成树脂光学胶。
6.根据权利要求1所述的光伏发电装置，其特征在于，所述升压电路包括转换芯片、升压单元和降压单元，所述转换芯片分别与所述升压单元、降压单元连接；
所述转换芯片用于采集和控制所述光伏电池输出的直流源信号；
所述升压单元在所述转换芯片的控制下，对接收的所述直流源信号进行升压充电处理；所述降压单元在所述微控制的控制下，对所述升压后的直流源信号降压处理并输出为外围电子设备供电。
7.根据权利要求6所述的光伏发电装置，其特征在于，所述升压电路还包括调节单元，所述调节单元与所述转换芯片连接，用于调节所述预设电压信号。
8.根据权利要求6所述的光伏发电装置，其特征在于，所述升压电路还包括检测单元，所述检测单元与所述转换芯片连接；用于检测所述光伏电池输出的直流源信号的大小。
9.根据权利要求1所述的光伏发电装置，其特征在于，所述光伏电池为砷化镓光伏电池。
10.一种穿戴电子设备，其特征在于，包括权利要求1～9中任一项所述的光伏发电装置，所述光伏发电装置用于给所述穿戴电子设备供电。
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