直接耦合的功率调节太阳能充电器制造技术

本发明专利技术涉及制造耐用且便携的功率调节个人太阳能系统充电设备的方法、工具和系统。使用各种电压和电流匹配算法来特制化个人太阳能系统，以对目标装置或者一组具有直流电流(DC)负荷要求的目标便携装置供电和/或充电。匹配目标装置的被优化的个人太阳能系统允许直接耦合到目标装置而不需要使用内部电池或者辅助电路板以转移个人太阳能系统输出，并且便于“快速”充电模式。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求在美国法典第35编第119条(35U.S.C.119)下享有于2012年5月9日提出的美国临时专利申请号为61/644,432、名称为“Photovoltaic Solar Module with a Junction Box that Possesses a USB port(s)which are Replaceable”的优先权，其全部内容通过引用结合于此。本申请还要求享有于2013年3月15日提出的美国专利申请号为No.13/832,025、名称为“Power-Conditioned Solar Charger for Directly Coupling to Portable Electronic Devices”的优先权；于2013年3月15日提出的美国专利申请号为No.29/449,341、名称为“Portable Waterproof Solar Panel Charger”的优先权；和于2013年3月15日提出的美国专利申请号为No.13/832,040、名称为“Stand-Alone Solar Power Charger Directly Coupling to Portable Electronic Devices”的优先权，每一者的全部内容通过引用结合于此。
本专利技术涉及改善的个人太阳能电池充电装置及系统，特别是针对目标装置的所需加载环境的装置和系统，并且该装置和系统具有廉价、便于携r>带和耐用的构造。更具体地，公开的方法、系统和装置用于优化太阳能电池阵列构造，该太阳能电池阵列构造不需要电子功率调节，耐用，廉价，便携，制造成本低，并且可以有利地提供能替换部件部分，例如USB接线盒和USB连接器，以直接对具有直流电(DC)载荷要求的目标装置的电池进行充电。
技术介绍
太阳能电池或者光伏(PV)电池是将太阳光转化为电力的装置。太阳能电池通常由半导体材料制成，并可由各种“杂质”进行掺杂以增强光子的吸收，增加传导和/或减少电池的带隙能量(即，使电子松动所需要的能量数量)。在不同太阳能电池设计中，当光子达到或者“撞击”PV电池的部件时，光子的一定部分或者光子的能量被吸收到半导体材料中并且“敲打”松动一个或者多个电子，允许(多个)电子更自由地在半导体矩阵或者晶格内流动。被光子敲击松动的“自由流动”的电子可以“全部”产生电场，该电场排斥或者以其他方式迫使自由电子按一定方向流动，这些电子被“收集”时可以产生电压和/或电流。可以将金属接触部或者其他导电结构放置在PV电池的相对面上(即，顶面和底面)为电子提供流动路径，使得电压和电流用于各种目的，例如用于向可充电装置提供电力。每个PV电池具有依赖于太阳能电池产生的电流和电压的具体操作特性。根据电池的组成部分(即，点阵材料、掺杂物、其他添加物和/或电池的构造)和PV电池的形状和尺寸，给定电池产生的操作特性可以有显著不同。一般地，给定“类型”的电池通常产生具有固定(或“假定”)工作电压或者“名义”电压、电流以及以瓦特为单位计算的指示功率的操作特性。假设电池具有在标准测试条件(STC)下的给定操作特性，因此，为具体使用所需的期望功率定制阵列是可能的。在各种实施例中，可以以多种布置(即，串联、平行和/或两者的各种结合)将PV电池连接在一起以形成提供功率输出的模块。如有需要，可以将多个模块链接在一起以形成不同大小和/或功率输出的复杂的PV阵列。取决于期望的功率需求，阵列模块可以形成PV系统的组件部分，其中利用PV系统为各种应用提供功率，例如充电装置和/或供电装置。一般地，传统PV系统还包括多种辅助系统，例如辅助电气连接、集成安装硬件、功率调节设备、温度调节设备、计算机、电路、反相器、充电控制器和蓄电池，蓄电池储存太阳以供当太阳不灿烂和/或产生的功率不足以满足负荷需求时使用。由于包括辅助电气系统，由PV阵列和设备产生的功率通常比来自其他来源的同等功率更贵。而且，与典型PV系统一起使用所需的大量辅助系统和/或部件将明显的额外缺陷带到这种系统中，该缺陷包括：(1)辅助设备需要动力而且产生额外的低效率，这会减少/降低和/或以其他方式影响由供用户使用的系统产生的有用功率；(2)辅助设备可能很昂贵，通常会明显增加PV系统的总成本；(3)辅助设备通常为系统转换或者产生最大输出功率，这可能使得用于具体装置的下一个设备不得不再次转换该功率(即，PV功率输出与目标装置并不是“定制或者正好匹配”)；(4)取决于PV系统的类型，坏掉的或者有故障的辅助部件不可能被替换，除非拆卸或者毁坏该装置，或者辅助部件的移除和/或替换可能需要专业设备和/或技术培训；(5)在郊区或者偏远地区可能无法获取辅助设备，或者可能仅能以过高费用来获取；和(6)这种辅助设备或者相关电子设备的操作对于给定的期望应用是不可靠的。因此，存在对于简单、耐用、便携式PV系统的需求，该PV系统定制为直接对目标装置或者便携式装置供电或者对目标装置或者便携式装置的电池充电，例如移动电话、灯、收音机、笔记本、平板电脑、iPad、iPhone、手机、智能电话、数码相机、个人数据助理、MP3播放器、蓄电池或者其他装置，并且该PV系统减少或者消除了对于额外辅助设备和/或电子设备的需求。
技术实现思路
本文公开的专利技术描述了可被采用来设计和制造独立DC到DC太阳能产生能量的设备的新颖的系统、装置、方法和技术，该设备供用户使用来对充电便携电子或者其他装置供电和/或充电。这种系统将使用标准、商业获取的太阳能电池而低廉地制造，将在延长时间段内极其耐用，将针对装置使用期间系统内可能失效和/或磨损或损坏的元件具有低廉的、易于获得并且替换简单的部件和系统，并且可以使用数学算法以获得符合期望电压电流比的结果的为装置或者一类装置的操作特性进行特制化和/或定制。在各种示例性实施例中，本文的各种概念和教导可以被用于设计和建立光伏(PV)发电模型(即个人太阳能系统)，该模型经特制化以对各种流行电子平台或者装置中的一个或者多个供电或者充电，包括的装置例如eReaders、Kindle、Samsung Note、笔记本电脑、游戏设备、个人媒体播放器、USB收音机或者实际上可以使用USB端口经标准壁安装的或者点烟器安装的充电装置(包括经USB主机)而充电的任何其他便携电子装置。在各种实施例中，个人太阳能系统可以被设计为在各种位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对用于直接耦合以对便携电子装置充电的多个光伏片进行功率调节的方法，所述方法包括：确认被所述便携电子装置接受以开始充电序列的充电电压范围和充电电流参数；选择至少一个太阳能电池，所述至少一个太阳能电池具有每单位面积电流和输出电压；量化对于建立太阳能模块输出电压所必须的所述至少一个太阳能电池的最小数量，所述太阳能模块输出电压落入所述充电电压范围内；使用所述每单位面积电流来计算所述片的期望表面面积，使得所述片产生接近所述充电电流参数的片电流；以及从所述至少一个太阳能电池切割所述多个片，每一个片具有接近所述期望表面面积的片表面面积。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.09 US 61/644,432;2013.03.15 US 13/832,025;1.一种对用于直接耦合以对便携电子装置充电的多个光伏片进行功
率调节的方法，所述方法包括：
确认被所述便携电子装置接受以开始充电序列的充电电压范围和充电
电流参数；
选择至少一个太阳能电池，所述至少一个太阳能电池具有每单位面积
电流和输出电压；
量化对于建立太阳能模块输出电压所必须的所述至少一个太阳能电池
的最小数量，所述太阳能模块输出电压落入所述充电电压范围内；
使用所述每单位面积电流来计算所述片的期望表面面积，使得所述片
产生接近所述充电电流参数的片电流；以及
从所述至少一个太阳能电池切割所述多个片，每一个片具有接近所述
期望表面面积的片表面面积。
2.根据权利要求1所述的方法，其中从所述至少一个太阳能电池切割
所述多个片的步骤包括通过激光切割切割所述多个片，每一个片具有接近
所述期望表面面积的片表面面积。
3.根据权利要求1所述的方法，其中从所述至少一个太阳能电池切割
所述多个片的步骤包括将多个片切割为矩形构造，每一个片具有接近所述
期望表面面积的片表面面积。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述便携电子装置从由移动电
话、平板电脑、智能电话、手机、数码相机、MP3播放器、个人数据助理
(PDA)、和上述各项的任意组合构成的组中选择。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述便携电子装置是充电电池。
6.一种由用于直接连接到便携电子装置的多个片组装功率调节光伏系
统的方法，所述方法包括：
确认被所述便携电子装置接受以开始充电序列的充电电压范围和充电
电流；
选择至少一个太阳能电池，所述至少一个太阳能电池具有每单位面积

\t电流和输出电压；
量化对于建立太阳能模块输出电压所必须的所述至少一个太阳能电池
的最小数量，所述太阳能模块输出电压落入所述充电电压范围内；
使用所述每单位面积电流来计算所述多个片的期望表面面积，使得所
述片中的每一者产生接近所述充电电流的片电流；
由所述至少一个太阳能电池切割所述多个片，所述多个片中的每一者
具有接近所述期望表面面积的片表面面积；
将所述多个片连接在一起而具有落入所述充电电压范围的输出电压和
接近所述充电电流的输出电流；
将经连接的所述多个片封装在至少第一材料层和至少第二材料层之
间；以及
将输出连接部连接到经连接的所述多个片，所述输出连接部包括适合
于直接连接到所述便携电子装置的接收器。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述输出连接部包括接线盒。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述接收器包括USB连接部。
9.根据权利要求6所述的方法，其中便携电子装置从由移动电话、平
板电脑、智能电话、手机、数码相机、MP3播放器、个人数据助理
(PDA)、和上述各项的任意组合构成的组中选择。
10.根据权利要求6所述的方法，其中由所述至少一个太阳能电池切
割所述多个片的步骤包括将来自至少一个太阳能电池的所述多个片切割成
矩形形状，所述多个片中的每一者具有接近所述期望表面面积的片表面面

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·A·安德森，
申请(专利权)人：世界太阳能面板公司，
类型：发明
国别省市：美国;US