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CN103580289A - 闪电能量的存储系统 - Google Patents

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Abstract

一种闪电能量存储系统，包括：一避雷针、一导线、一闪电能量存储元件以及一接地棒。避雷针与导线的一端相接，用以吸引闪电以及将闪电时所夹带的闪电能量传导至导线。接地棒与导线的另一端相接。闪电能量存储装置具有至少一磁电容以及一切换元件。一控制信号可根据磁电容的充电情况控制切换元件，将闪电能量经由导线以及接地棒导引入地，或是将闪电能量经由导线来对磁电容进行充电。

Description

闪电能量的存储系统
技术领域
本发明涉及一种能量存储系统，且特别是涉及一种闪电能量存储系统。
背景技术
多年以来，人类一直设法找寻一种高效率、不昂贵，且更不会污染环境而可达到友善环境目的的能量来源，并应用于日常生活中。
闪电是一种大气中的放电现象。当电场变得足够强时，会于云间或云与大地间发生放电现象，当由云层往地面传下来的是正电荷，为正闪电(positivelightning)，反之为负闪雷（negative lightning）。其中负闪电平均会携带约30000安培的电流以及15库仑的电量，甚至可达到120000安培的电流以及350库仑的电量。而正闪电的发生机率虽比负闪雷小，但携带的电量会比负闪电大，其平均会携带约300000安培的电流，约为负闪电的10倍。
因此，如何收集此种闪电能量为工程师追求的目标。
发明内容
本发明是有关于一种收集以及存储电能的装置和方法。
在一特定实施例中，本发明提供一种能量存储系统和方法用以存储闪电时所携带的能量。此闪电能量存储系统包括：一避雷针、一导线、一闪电能量存储装置以及一接地棒。避雷针与导线的一端相接，用以吸引闪电以及将闪电时所夹带的闪电能量传导至导线。接地棒与导线的另一端相接。闪电能量存储装置具有至少一磁电容元件以及一切换元件。磁电容元件具有一第一磁性区、一第二磁性区以及配置于第一磁性区及第二磁性区之间的一介电区。介电区具有存储电能的作用，且具有至少10埃(Angstrom)的厚度，以避免或降低电能的泄漏。一控制信号可根据磁电容元件的充电情况控制切换元件，将闪电能量经由导线以及接地棒导引入地，或是将闪电能量经由导线来对磁电容进行充电。
在一实施例中，介电区的厚度为至少100埃或100埃。
在一实施例中，闪电能量存储装置进一步包括与导线耦接的一转换器，用以调整闪电能量的电压以对磁电容元件进行充电。
在一实施例中，闪电能量存储装置是被封装在一盒体中，且此盒体具有与周围环境隔绝的一外壳。
在一实施例中，闪电能量存储装置进一步包括一检测元件，用以检测磁电容元件的充电状态，并根据此充电状态发出此控制信号。
在一实施例中，闪电能量存储装置进一步包括形成于一基板上的多个磁电容，这些磁电容以并联的方式连接在一起。
在一实施例中，闪电能量存储装置进一步包括一第一连接器以及一第二连接器，此闪电能量经由第一连接器对这些磁电容元件进行充电，以及这些磁电容元件经由第二连接器将存储的闪电能量供应给一外部元件。
在一实施例中，进一步包括形成于该基板上与此导线连接的一第三连接器。
在一实施例中，当这些磁电容元件的充电状态为充满状态时，切换元件切换第一连接器与第三连接器连接，使得此闪电能量经由接地棒被导引入地，以及当这些磁电容元件的充电状态为非充满状态时，切换元件切换第一连接器与这些磁电容元件连接，使得此闪电能量对这些磁电容元件进行充电。
附图说明
为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1为绘示根据本发明一较佳实施例的收集以及存储闪电能量的一系统示意图。
图2为绘示根据本发明一较佳实施例的用以存储闪电能量的磁电容元件示意图。
图3为绘示根据本发明一较佳实施例建置于一基板上，并用以存储闪电能量的多个磁电容元件示意图。
图4所示为根据本发明一较佳实施例的闪电能量存储装置示意图。
图5为绘示根据本发明另一较佳实施例的收集以及存储闪电能量的一系统示意图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。在本发明被详细描述以前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。
图1为绘示根据本发明一较佳实施例用以收集以及存储闪电能量的一系统示意图。此存储闪电能量系统100包括：一个或多个避雷针(lightning rod)101、一个或多个闪电能量存储装置(lightning energy harvester)103以及一接地棒(ground rod)104。避雷针101用以吸引闪电以及传送闪电时所夹带的闪电能量。避雷针101的材料为一金属或金属化物质。在一实施例中，避雷针101被安装于一建筑物200的顶端。在另一实施例中，如图5所示，避雷针101被安装于一塔201的顶端。避雷针101和闪电能量存储装置103以及接地棒104间以导线102相接。导线102可将闪电能量经由导线102以及接地棒104导引入大地进行放电，或是将闪电能量经由导线102传送至闪电能量存储装置103存储。
在一实施例中，闪电能量存储装置103是被封装在一盒体中，且此盒体具有与周围环境隔绝的一外壳，以确保闪电能量存储装置103不受外界环境污染。其中闪电能量存储装置103包括一个或多个磁电容元件200，磁电容元件200为一种使用巨磁阻效应的能量存储元件，在相同尺寸下，磁电容元件200所形成的电容值可为标准电容元件的106-1017倍。
图2为绘示根据本发明一较佳实施例的用以存储闪电能量的磁电容元件示意图。此磁电容元件200具有一第一磁性区210、一第二磁性区220以及配置于第一磁性区210及第二磁性区220之间的一介电区230。介电区230为一层薄膜，并且其由介电材料所构成，介电材料如钛酸钡(BaTiO3)或二氧化钛(TiO2)。介电区230具有存储电能的作用，而第一磁性区210与第二磁性区220具有磁偶极子，通过安排第一磁性区210与第二磁性区220具有不同方向的磁偶极子时，可防止或降低电荷从介电区230脱离出来，因此可防止或降低电能泄漏的作用。其中，介电区230具有至少10埃(Angstrom)、至少100埃或100埃的厚度，以避免电能的泄漏。
在另一实施例中，多个磁电容元件200可共同设置于一基板240上来形成本发明的闪电能量存储装置103，如图3所示。基板240上具有一连接器250用以连接导线102。这些磁电容元件200以并联的方式连接，并耦接至连接器250，以接收从避雷针101以及导线102传送至的闪电能量。基板240上进一步具有另一连接器253耦接这些磁电容元件200，这些磁电容元件200经由连接器253可将存储的闪电能量供应给一外部元件。
在另一实施例中，如图4所示为根据本发明一较佳实施例的闪电能量存储装置103示意图。其中，闪电能量存储装置103进一步包括一能量管理模块260。能量管理模块260可通过一连接器251与导线102相接，以及通过一连接器252与接地棒104相接。能量管理模块260进一步具有一检测元件2601以及一切换元件2602。检测元件2601，用以检测磁电容元件200的充电状态，并根据此充电状态发出一控制信号。在一实施例中，当检测元件2601检测出这些磁电容元件200的充电状态超过一设定值时，例如为充满状况的95%，检测元件2601发出一控制信号控制切换元件2602切换连接器251耦接至连接器252，使得此闪电能量经由接地棒104被导引入大地。例如，在闪电时，通过避雷针101导入的闪电能量，可经由导线102通过闪电能量存储装置103的连接器251对磁电容元件200进行充电，而检测元件2601会实时对磁电容元件的充电状态进行检测，当检测出这些磁电容元件200的充电状态超过充满状况的95%时，检测元件2601发出一控制信号控制切换元件2602，将连接器251切换耦接至连接器252，此时，通过避雷针101导入的闪电能量将会被导入大地，避免磁电容元件200发生过充电的情况。此外，在一实施例中，能量管理模块260进一步包括与导线耦接的一转换器2603，用以调整闪电能量的电压以对磁电容元件200进行充电。
虽然本发明已以实施方式披露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种闪电能量存储系统，其特征在于至少包括：
一避雷针，用以吸引闪电以及传送闪电时所夹带的闪电能量；
一导线，耦接所述避雷针；
一闪电能量存储装置，耦接所述导线，其中所述闪电能量存储装置具有至少一磁电容元件以及一切换元件，其中每一所述至少一磁电容元件包括：
一第一磁性区；
一第二磁性区；以及
一介电区，配置于所述第一磁性区以及所述第二磁性区之间，其中所述介电区具有存储电能的作用，且所述介电区具有至少10埃的厚度；以及
一接地棒，与所述导线耦接，其中一控制信号可根据所述至少一磁电容元件的充电情况控制所述切换元件，将所述闪电能量经由所述导线以及所述接地棒导引入大地，或是将所述闪电能量经由所述导线来对所述至少一磁电容进行充电。
2.如权利要求1所述的闪电能量存储系统，其特征在于，所述介电区的厚度为至少100埃。
3.如权利要求2所述的闪电能量存储系统，其特征在于，所述介电区的厚度为100埃。
4.如权利要求1所述的闪电能量存储系统，其特征在于，所述闪电能量存储装置进一步包括一转换器与所述导线耦接，所述转换器用以调整所述闪电能量的电压以对所述至少一磁电容元件进行充电。
5.如权利要求1所述的闪电能量存储系统，其特征在于，所述闪电能量存储装置是被封装在一盒体中，且所述盒体具有与周围环境隔绝的一外壳。
6.如权利要求1所述的闪电能量存储系统，其特征在于，所述闪电能量存储装置进一步包括一检测元件，用以检测所述至少一磁电容元件的充电状态，并根据所述充电状态发出所述控制信号。
7.如权利要求1所述的闪电能量存储系统，其特征在于，所述至少一磁电容元件进一步包括多个磁电容元件，所述磁电容元件以并联的方式连接在一起。
8.如权利要求7所述的闪电能量存储系统，其特征在于，所述多个磁电容元件位于一基板上。
9.如权利要求8所述的闪电能量存储系统，其特征在于，所述基板进一步包括一第一连接器以及一第二连接器，其中所述闪电能量经由所述第一连接器对所述磁电容元件进行充电，以及所述磁电容元件经由所述第二连接器将存储的所述闪电能量供应给一外部元件。
10.如权利要求9所述的闪电能量存储系统，其特征在于，所述基板进一步包括一第三连接器与所述接地棒连接。
11.如权利要求10所述的闪电能量存储系统，其特征在于，当所述磁电容元件的充电状态为充满状态时，所述切换元件切换所述第一连接器与所述第三连接器连接，使得所述闪电能量经由所述接地棒被导引入地。
12.如权利要求10所述的闪电能量存储系统，其特征在于，当所述磁电容元件的充电状态为非充满状态时，所述切换元件切换所述第一连接器与所述磁电容元件连接，使得所述闪电能量对所述磁电容元件进行充电。
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