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小型太阳能手机充电站的设计与实现

作者：杨晔张建唐特日期：2015-12-14 10:08 来源：未知

【文章摘要】
本课题根据新能源研究热点问题，针对其应用领域并结合手机充电本身的需求特点，设计出简便、节能、适用性高的小型太阳能手机充电站，根据太阳能电池的特点，分析小型太阳能手机充电站的实用价值与运用前景。
【关键词】
手机；太阳能电池；充电控制器；充电站
0 前言手机作为当今社会使用最为普及的通信工具之一，不管是工作还是生活都离不开它，以至于它的储电、充电问题备受关注，随之而来的关于手机充电方式的研发成为各国竞争的焦点领域。然而，据测算，我国一年中手机消耗掉8亿度电，对于不可再生能源来讲，是相当大的一笔消耗。事实上，新能源开发早已被各国提上重要议程，采用太阳能光伏发电，再对电设备充电，可实现光能向电能的转化，还充分利用了太阳能资源，减少不可再生能源的消耗，降低成本。不管从新能源开发，还是从长远经济效益看，进行小型太阳能手机充电站的研究都是有必要的。
1 充电站设计原理太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置，目前处于主流的是应用光电效应原理工作的太阳能电池，其基本原料为半导体。对P-N 结进行光照，引起光伏效应，产生与P-N 结内电场方向相反的光产生由P区指向N区电场；此电场使势垒降低（减小量即为光生电势差），P 端正，N 端负，由此生产的结电流由 P 区流向 N 区，形成单向导电，具有与电池同样的功能。通过太阳能电池将太阳能转化为电能是太阳能手机充电站需要达到的一个目标；另外还需要达到两个目标，即将电能贮存起来与将电能合理的运用。根据以上三个目标，可设计太阳能手机充电站如下：

图 1 充电站设计图
太阳能手机充电站是将太阳能电池展开，置于阳光下充分接受阳光，对蓄电池组进行充电。中间设置充电控制器以防反充电、充电/停充自动跳转、可充指示、充电指示、停充指示灯功能，并且能够实现以上功能的同时可以持续稳定的工作。通过太阳能电池充电，经稳压后使最终到达座充或 USB 接口的电压为 5V。
2 硬件选择
2.1 太阳能电池选择
最早的太阳能电池是利用硅二极管光电变换原理制成的。太阳能电池板种类主要有单晶硅、多晶硅和微晶硅、非晶硅、多元化合物、有机物太阳能电池等等。其中，每一种太阳能电池板都有各自的优势与特点，可根据其适用的范围、功率大小进行按需选择。手机充电站的设计对太阳能电池功率的要求比较小，具体功率大小应该根据手机参数与预期目标来选取，试验采用的手机参数见表1。当阳光充足时太阳能电池上的电压需要高过蓄电池组的电压，才能由太阳能电池供电，同时为蓄电池组充电。根据表2中太阳能电池参数可知，每块太阳能电池的开路电压为5.5V，而实际手机需要的输出电压为5V，考虑到太阳能充电不能达到百分之百，为保险起见选用 2 块太阳能电池。

2.2 充电控制器制作
充电控制器应该根据其需要实现的功能及太阳能电池输出参数确定电路需要的元件及其元件参数。（1）防反充二极管，在太阳能电池组件正极端加一个防反冲二极管，避免蓄电池中的电流倒流入太阳能电池；（2）保险，为保护蓄电池组，充电电流不能太大，因此在蓄电池组前端设一个 2000mA 的保险；（3）充电 / 停充自动跳转功能，这项功能主要由继电器、电压比较芯片实现。根据蓄电池两端电压高低不同输出相应的高低店铺，从而控制继电器运作；（4）稳压，在太阳能电池组与充电控制器之间串联入一个三极管，用三极管的管压降以保持输出电压的基本稳定。充电控制器需要具备以上功能，其内
部逻辑如图 2。

3 太阳能手机充电站设计实现将选择好的硬件设备安装好，手机的最高输出电压为5V，而实际太阳能电池的输出电压会高于5V，因此，考虑到保护电池与保证太阳能手机充电站的正常运行，需要通过充电控制器的稳压功能保证最终输出电压为5V。完成设备的安装后就可以启动太阳能手机充电站了。白天，将太阳能电池置于阳光下，展开太阳能电池板，可以实现向蓄电池充电，贮存电能，可能的话，可以多设立几个点，连接座充或者USB接口。光照条件好的情况下，照射太阳能电池一天，有6小时左右，可将蓄电池组充满电。手机为贵重物品，还可与柜子等一些终端设备配合使用，充电的同时保证私人财产的安全。
4 结语太阳能作为可再生的新能源，具有无污染、低成本、可重复利用等优势，如今各个行业、领域都争相开发利用太阳能资源。但目前太阳能电池光电转换效率还不是很高，而太阳能手机充电站相对于一些大型的电器设备用电量小，因此太阳能发电比较适合于这类用电量小的设备开发。本设计采用太阳能电池发电通过充电控制器对蓄电池进行充电，再连接座充或USB接口，可对手机充电，设计简单、易行，若能在商城、超市等公共场所设立这类太阳能手机充电站，可为行人带来许多便利。但本设计为了控制输出电压为5V，浪费了一部分电能，若能在以后的设计中进一步完善，更充分的利用太阳能资源，太阳能手机充电站的开发也将进一步被推进。
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