TW201407916A - 閃電能量之儲存系統 - Google Patents

Abstract

一種閃電能量儲存系統，包含：一避雷針、一導線、一閃電能量儲存元件以及一接地棒。避雷針與導線之一端相接，用以吸引閃電以及將閃電時所夾帶之閃電能量傳導至導線。接地棒與導線之另一端相接。閃電能量儲存裝置具有至少一磁電容以及一切換元件。一控制信號可根據磁電容之充電情況控制切換元件，將閃電能量經由導線以及接地棒導引入地，或是將閃電能量經由導線來對磁電容進行充電。

Description

閃電能量之儲存系統

本發明是有關於一種能量儲存系統，且特別是有關於一種閃電能量儲存系統。

多年以來，人類一直設法找尋一種高效率、不昂貴，且更不會污染環境而可達到友善環境目的之能量來源，並應用於日常之生活中。

閃電是一種大氣中的放電現象。當電場變得足夠強時，會於雲間或雲與大地間發生放電現象，當由雲層往地面傳下來的是正電荷，為正閃電(positive lightning)，反之為負閃雷(negative lightning)。其中負閃電平均會攜帶約30000安培之電流以及15庫侖的電量，甚至可達到120000安培之電流以及350庫侖的電量。而正閃電的發生機率雖雖比負閃雷小，但攜帶的電量會比負閃電大，其平均會攜帶約300000安培之電流，約為負閃電之10倍。

因此，如何收集此種閃電能量為工程師追求之目標。

本發明之是有關於一種收集以及儲存電能之裝置和方法。

在一特定之實施例中，本發明提供一種能量儲存系統和方法用以儲存閃電時所攜帶之能量。此閃電能量儲存系 統包含：一避雷針、一導線、一閃電能量儲存裝置以及一接地棒。避雷針與導線之一端相接，用以吸引閃電以及將閃電時所夾帶之閃電能量傳導至導線。接地棒與導線之另一端相接。閃電能量儲存裝置具有至少一磁電容元件以及一切換元件。磁電容元件具有一第一磁性區、一第二磁性區以及配置於第一磁性區及第二磁性區之間的一介電區。介電區具有儲存電能的作用，且具有至少10埃(Angstrom)之厚度，以避免或降低電能之洩漏。一控制信號可根據磁電容元件之充電情況控制切換元件，將閃電能量經由導線以及接地棒導引入地，或是將閃電能量經由導線來對磁電容進行充電。

在一實施例中，介電區之厚度為至少100埃或100埃。

在一實施例中，閃電能量儲存裝置更包括一與導線耦接之轉換器，用以調整閃電能量之電壓以對磁電容元件進行充電。

在一實施例中，閃電能量儲存裝置是被封裝在一盒體中，且此盒體具有一與周圍環境隔絕之外殼。

在一實施例中，閃電能量儲存裝置更包括一檢測元件，用以檢測磁電容元件之充電狀態，並根據此充電狀態發出此控制信號。

在一實施例中，閃電能量儲存裝置更包括複數個形成於一基板上之磁電容，該些磁電容以並聯之方式連接在一起。

在一實施例中，閃電能量儲存裝置更包括一第一連接器以及一第二連接器，此閃電能量經由第一連接器對此些 磁電容元件進行充電，以及此些磁電容元件經由第二連接器將儲存之閃電能量供應給一外部元件。

在一實施例中，更包括形成於該基板上與此導線連接之一第三連接器。

在一實施例中，當此些磁電容元件之充電狀態為充滿狀態時，切換元件切換第一連接器與第三連接器連接，使得此閃電能量經由接地棒被導引入地，以及當此些磁電容元件之充電狀態為非充滿狀態時，切換元件切換第一連接器與此些磁電容元件連接，使得此閃電能量對此些磁電容元件進行充電。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。在本發明被詳細描述以前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

第1圖係繪示根據本發明一較佳實施例用以收集以及儲存閃電能量之一系統概略圖示。此儲存閃電能量系統100包含：一或多個避雷針(lightning rod)101、一或多個閃電能量儲存裝置(lightning energy harvester)103以及一接地棒(ground rod)104。避雷針101用以吸引閃電以及傳送閃電時所夾帶之閃電能量。避雷針101之材料為一金屬或金屬化物質。在一實施例中，避雷針101被安裝於一建築物200之頂端。在另一實施例中，如第5圖所示，避雷針101被安裝於一塔201之頂端。避雷針101和閃電能量儲存裝置 103以及接地棒104間以導線102相接。導線102可將閃電能量經由導線102以及接地棒104導引入大地進行放電，或是將閃電能量經由導線102傳送至閃電能量儲存裝置103儲存。

在一實施例中，閃電能量儲存裝置103是被封裝在一盒體中，且此盒體具有一與周圍環境隔絕之外殼，藉以確保閃電能量儲存裝置103不受外界環境污染。其中閃電能量儲存裝置103包括一或多個磁電容元件200，磁電容元件200為一種使用巨磁阻效應(Giant Magnetic Capacitance effect,GMC)之能量儲存元件，在相同尺寸下，磁電容元件200所形成之電容值可為標準電容元件之10⁶-10¹⁷倍。

第2圖係繪示根據本發明一較佳實施例之用以儲存閃電能量之磁電容元件概略圖示。此磁電容元件200具有一第一磁性區210、一第二磁性區220以及配置於第一磁性區210及第二磁性區220之間的一介電區230。介電區230為一層薄膜，並且其係由介電材料所構成，介電材料如鈦酸鋇(BaTiO3)或二氧化鈦(TiO3)。介電區230具有儲存電能的作用，而第一磁性區210與第二磁性區220具有磁偶極，藉由安排第一磁性區210與第二磁性區220具有不同方向之磁偶極時，可防止或降低電荷從介電區230脫離出來，因此可防止或降低電能洩漏的作用。其中，介電區230具有至少10埃(Angstrom)、至少100埃或100埃之厚度，以避免電能之洩漏。

在另一實施例中，多個磁電容元件200可共同設置於一基板240上來形成本發明之閃電能量儲存裝置103，如 第3圖所示。基板240上具有一連接器250用以連接導線102。此些磁電容元件200以並聯之方式連接，並耦接至連接器250，藉以接收從避雷針101以及導線102傳送至之閃電能量。基板240上更具有另一連接器253耦接此些磁電容元件200，此些磁電容元件200經由連接器253可將儲存之閃電能量供應給一外部元件。

在另一實施例中，如第4圖所示為根據本發明一較佳實施例之閃電能量儲存裝置103概略圖示。其中，閃電能量儲存裝置103更包括一能量管理模組260。能量管理模組260可透過一連接器251與導線102相接，以及透過一連接器252與接地棒104相接。能量管理模組260更具有一檢測元件2601以及一切換元件2602。檢測元件2601，用以檢測磁電容元件200之充電狀態，並根據此充電狀態發出一控制信號。在一實施例中，當檢測元件2601檢測出此些磁電容元件200之充電狀態超過一設定值時，例如為充滿狀況之95%，檢測元件2601發出一控制信號控制切換元件2602切換連接器251耦接至連接器252，使得此閃電能量經由接地棒104被導引入大地。例如，於閃電時，透過避雷針101導入之閃電能量，可經由導線102透過閃電能量儲存裝置103之連接器251對磁電容元件200進行充電，而檢測元件2601會即時對磁電容元件之充電狀態進行檢測，當檢測出此些磁電容元件200之充電狀態超過充滿狀況之95%時，檢測元件2601發出一控制信號控制切換元件2602，將連接器251切換耦接至連接器252，此時，透過避雷針101導入之閃電能量將會被導入大地，避免磁電 容元件200發生過充電之情況。此外，在一實施例中，能量管理模組260更包括一與導線耦接之轉換器2603，用以調整閃電能量之電壓以對磁電容元件200進行充電。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧儲存閃電能量系統

101‧‧‧避雷針

102‧‧‧導線

103‧‧‧閃電能量儲存裝置

104‧‧‧接地棒

200‧‧‧建築物

201‧‧‧塔

200‧‧‧磁電容元件

210‧‧‧第一磁性區

220‧‧‧第二磁性區

230‧‧‧介電區

240‧‧‧基板

250、251、252、253‧‧‧連接器

260‧‧‧能量管理模組

2601‧‧‧檢測元件

2602‧‧‧切換元件

2603‧‧‧轉換器

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示根據本發明一較佳實施例之收集以及儲存閃電能量之一系統概略圖示。

第2圖係繪示根據本發明一較佳實施例之用以儲存閃電能量之磁電容元件概略圖示。

第3圖係繪示根據本發明一較佳實施例建置於一基板上，並用以儲存閃電能量之複數個磁電容元件概略圖示。

第4圖所示為根據本發明一較佳實施例之閃電能量儲存裝置概略圖示。

第5圖係繪示根據本發明另一較佳實施例之收集以及儲存閃電能量之一系統概略圖示。

100‧‧‧儲存閃電能量系統

101‧‧‧避雷針

102‧‧‧導線

103‧‧‧閃電能量儲存裝置

104‧‧‧接地棒

200‧‧‧建築物

Claims (12)

1. 一種閃電能量儲存系統，至少包含：一避雷針，用以吸引閃電以及傳送閃電時所夾帶之閃電能量；一導線，耦接該避雷針；一閃電能量儲存裝置，耦接該導線，其中該閃電能量儲存裝置具有至少一磁電容元件以及一切換元件，其中每一該至少一磁電容元件包括：一第一磁性區；一第二磁性區；以及一介電區，配置於該第一磁性區以及該第二磁性區之間，其中該介電區具有儲存電能的作用，且該介電區具有至少10埃(Angstrom)之厚度；以及一接地棒，與該導線耦接，其中一控制信號可根據該至少一磁電容元件之充電情況控制該切換元件，將該閃電能量經由該導線以及該接地棒導引入大地，或是將該閃電能量經由該導線來對該至少一磁電容進行充電。
2. 如申請專利範圍第1項所述之閃電能量儲存系統，其中該介電區之厚度至少100埃。
3. 如申請專利範圍第2項所述之閃電能量儲存系統，其中該介電區之厚度為100埃。
4. 如申請專利範圍第1項所述之閃電能量儲存系統，其中該閃電能量儲存裝置更包括一轉換器與該導線耦接，該轉換器用以調整該閃電能量之電壓以對該至少一磁電容元件進行充電。
5. 如申請專利範圍第1項所述之閃電能量儲存系統，其中該閃電能量儲存裝置是被封裝在一盒體中，且該盒體具有一與周圍環境隔絕之外殼。
6. 如申請專利範圍第1項所述之閃電能量儲存系統，其中該閃電能量儲存裝置更包括一檢測元件，用以檢測該至少一磁電容元件之充電狀態，並根據該充電狀態發出該控制信號。
7. 如申請專利範圍第1項所述之閃電能量儲存系統，其中該至少一磁電容元件更包括複數個磁電容元件，該些磁電容元件以並聯之方式連接在一起。
8. 如申請專利範圍第7項所述之閃電能量儲存系統，其中該複數個磁電容元件位於一基板上。
9. 如申請專利範圍第8項所述之閃電能量儲存系統，其中該基板更包括一第一連接器以及一第二連接器，其中該閃電能量經由該第一連接器對該些磁電容元件進行充電，以及該些磁電容元件經由該第二連接器將儲存之該 閃電能量供應給一外部元件。
10. 如申請專利範圍第9項所述之閃電能量儲存系統，其中該基板更包括一第三連接器與該接地棒連接。
11. 如申請專利範圍第10項所述之閃電能量儲存系統，其中當該些磁電容元件之充電狀態為充滿狀態時，該切換元件切換該第一連接器與該第三連接器連接，使得該閃電能量經由該接地棒被導引入地。
12. 如申請專利範圍第10項所述之閃電能量儲存系統，其中當該些磁電容元件之充電狀態為非充滿狀態時，該切換元件切換該第一連接器與該些磁電容元件連接，使得該閃電能量對該些磁電容元件進行充電。