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小型太陽能供電板的製作

admin @ 2014-03-26 , reply:0

概述

   本刊前幾期介紹了太陽能電池板及相關的小製作,引發了包括筆者在內的許多讀者的興趣。閑來無事,突發奇想,決定利用手頭上的兩塊太陽能電池板DIY一個微型太陽能供電系統,模……

    本刊前幾期介紹了太陽能電池板及相關的小製作,引發了包括筆者在內的許多讀者的興趣。閑來無事,突發奇想,決定利用手頭上的兩塊太陽能電池板DIY一個微型太陽能供電系統,模擬現代化太陽能電源,同時也可以用它給一些小裝置供電玩玩。
    太陽能電源的基本原理是:平時將收集到的光能轉化為電能儲存起來,在開啟負載時就釋放儲存起來的電能。典型的太陽能電源的例子就是太陽能路燈:在白天有陽光照射時便為蓄電池充電,夜晚就通過蓄電池向燈泡(現多為低功耗高亮LED)供電用以照明。許多城市主幹道路燈已開始使用這種太陽能電源。一個實際的太陽能電源是比較複雜的,但不管有多麼複雜,其原理是萬變不離其宗的。當然,我們製作一個微型的太陽能電源沒有必要做得那麼複雜。

太陽能供電板的原理及設計
    在了解了實際的太陽能電源后,筆者就開始設計太陽能供電板了,我的整體思路是:通過太陽能電池板給1.2V可充電電池充電儲能,然後利用升壓電路將1.2V升壓至3V以上供負載使用。有人可能會說了:為什麼不直接用幾節充電電池串聯來儲能和輸出呢,這樣不就可以省略升壓電路了?為什麼中間要轉這麼一道彎呢?因為我們是要用太陽能電池板來給電池充電的,畢竟太陽能電池板產生較高電壓的機會不多,電池自身電壓過高後會導致充電無法進行。對於我手頭的這一種太陽能電池板,在室內靠窗光線比較好的地方輸出電壓便可達到1.2伏以上(連接在電路中時,非空載狀態下),這樣就開始給額定電壓為1.2V的電池充電了,但如果要使它輸出3V以上的電壓就恐怕要拿到太陽底下去了。用一節電池儲能的好處就是可以大大降低充電對光強的要求,延長給電池充電的時間。
   太陽能供電板的電路如圖1所示。由D1、BT構成系統的太陽能充電電路。平時,只要達到一定光強,太陽能電池板便通過二極體D1為充電電池BT充電,直至飽和。除了太陽能充電方式外,我還設計了備用的外部直流電源充電介面以防不時之需。外部充電電路由R1、DS1、D2、BT構成,R1選用功率為1W的電阻,當R1為10歐姆的時候,最佳外部充電電壓為3-4伏,DS1為外部充電指示燈,它是利用電阻R1上的壓降來點亮的。後面的升壓電路是運用間歇振蕩器的快速關斷(截止)的特性而實現升壓的。S1為供電開關,當S1閉合后升壓電路開始工作,太陽能供電板便可驅動負載,J1為輸出介面,DS2是輸出指示燈。
 

元器件選擇
    市售的太陽能電池板的價格普遍較高,但我們沒有必要去買很大的太陽能電池板,適中即可。經實測,筆者在本製作中使用的太陽能電池板單個的開路電壓可達到4.2V,短路電流可達38mA。整個系統是在萬用電路板(俗稱“洞洞板”)上搭建的,所以需要準備一塊萬用電路板。圖2是準備好的兩塊太陽能電池板和洞洞板。電池選用一顆額定電壓為1.2V的普通5號鎳氫充電電池即可。升壓電路可以使用單電池高亮LED手電筒裡面現成的升壓電路板。筆者就是拆的一支廢棄的單電池高亮LED手電筒裡面的升壓電路板。如需自己做,電感T1用Φ0.4mm的漆包線在Φ8mm的小磁環上分別繞15圈和9圈,小磁環可以從廢棄節能燈中拆出,二極體IN5819若找不到可用IN4148代用,C1選用100uF的鉭電容,如果沒有也可用等值電解電容代替,只是效率稍低一些。
 

製作過程
    首先剪一小段金屬絲焊接在太陽能電池板的兩個電極上作為引腳(圖3),以便於連接和固定在電路板上。兩塊太陽能電池板是正極對正極,負極對負極(上面有標識)並聯起來使用的,這樣可以有效地增強太陽能電池板提供電流的能力。安裝好太陽能電池板后如圖4所示。
 
 
    安裝儲能用的充電電池,也可以採取圖3所示的方式將電池正負端連接至電路板,也就是在電池兩極焊上引腳固定至電路板,為了穩定,可以用帶尖的金屬工具在電路板上鑽孔后再用尼龍捆紮帶加固(圖5)。
 
    接下來把在廢舊單電池高亮LED手電筒里拆下來的小塊升壓電路板連接在電路板上。拆下來的升壓電路板中連接電池的2根線正極接圖1中的a點,負極接b點;連接LED燈的兩根線正極接c點,負極接d點即可。筆者製作時,升壓電路板是通過杜邦排針與下面的主電路板板連接的(圖6),這個你可以採取自己的方法,只要便於製作就行。如果是自己做升壓電路,直接在洞洞板上走線即可,元器件選擇在上文已有詳細說明,不再複述。電路不複雜,你可以在洞洞板上自由發揮。
 
    圖7是製成后的太陽能供電板,製成后就可以給一些小東西供電了,比如手電筒、收音機之類的。接幾個白色高亮LED,就成為一個太陽能LED手電筒,圖8是太陽能供電板點亮高亮LED的情景。
 
 
    由於製作時沒有考慮到體積問題也缺乏這方面的經驗,電路板選擇得有點大也沒做外殼,很不便於攜帶,所以希望愛好者在製作時發揮想象力,將外形設計得精緻小巧,使之在美觀的同時更加便於攜帶,增加實用性。


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