【正文】 摘 要 化石能源的日益枯竭、人們對環(huán)境保護(hù)問題的重視程度也在不斷提高，尋找 潔凈的替代能源問題變得越來越迫切。 太陽能作為一種可再生能源它具有取之不 盡、用之不竭和清潔安全等特點(diǎn)，因此有著廣闊的應(yīng)用前景，光伏發(fā)電技術(shù)也越 來越受到人們的關(guān)注，隨著光伏組件價(jià)格的不斷降低和光伏技術(shù)的發(fā)展，太陽能 光伏發(fā)電系統(tǒng)將逐漸由現(xiàn)在的補(bǔ)充能源向替代能源過渡。 使用手機(jī)的人都有過這樣的經(jīng)歷，外出或旅游時(shí)電池突然沒電了，因不能及 時(shí)找到或沒有 220V 市電而無法給手機(jī)充電，影響了手機(jī)的正常使用。為了解決 這一問題，本課程設(shè) 計(jì)介紹一種多用太陽能手機(jī)充電器，利用單片機(jī)控制，將太 陽能經(jīng)過電路變換為穩(wěn)定直流電給手機(jī)充電， 并能在電池充電完成后自動(dòng)停止充 電，還可作為一般直流電源使用，從而擺脫對市電的依賴而獲得通信的自由。與 常規(guī)的充電器相比，太陽能充電器有著明顯的優(yōu)勢。 關(guān)鍵詞： 太陽能，電池，單片機(jī)，智能， BUCK 變換器 1 緒論 本課題的研究背景 當(dāng)電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制 約國際社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸時(shí)，越來越多的國家開始實(shí)行 “陽光計(jì)劃 ”， 開發(fā)太陽能資源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展 的新動(dòng)力。 太陽能電池是利用太陽光和材料相互作用直接產(chǎn)生電能，不需要消耗 燃料和水等物質(zhì)，使用中不釋放包括二氧化碳在內(nèi)的任何氣體，是對環(huán)境 無污染的可再生能源。這對改善生態(tài)環(huán)境、緩解溫室氣體的有害 hk 作用具 有重大意義。 目前，太陽能電池的應(yīng)用已從軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域進(jìn)入工業(yè)、商業(yè)、 農(nóng)業(yè)、通信、家用電器以及公用設(shè)施等部門，尤其可以分散地在邊遠(yuǎn)地區(qū)、 高山、沙漠、海島和農(nóng)村使用，以節(jié)省造價(jià)很貴的輸電線路。但是，從長遠(yuǎn)來看，隨著太陽能電池制造技術(shù)的改進(jìn)以及新的光 —電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)明， 各國對環(huán)境的保護(hù)和對再生 清潔能源的巨大需求，太陽能電池仍將是利用 太陽輻射能比較切實(shí)可行的方法，可為人類未來大規(guī)模地利用太陽能開辟 廣闊的前景。 硅太陽能電池及參數(shù) 硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、 多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜 太陽能電池三種。單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在實(shí)驗(yàn)室 里最高的轉(zhuǎn)換效率為 %，規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的效率為 15%。多晶硅薄膜太陽能電池 與單晶硅比較，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜電池，其實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率 為 18%,工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為 10%。 非晶硅薄膜太陽 能電池成本低重量輕， 轉(zhuǎn)換效率較高，便于大規(guī)模生產(chǎn)，有極大的潛力。但受制于其材料引發(fā)的光電效 率衰退效應(yīng)，穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實(shí)際應(yīng)用。 硅太陽能電池片常用的為單晶 125 大倒角，其尺寸為 125mm*125mm，對角 線 150mm，功率 ，工作電壓 ，工作電流 ，開路 電壓 ，短路電流 。太陽能電池可根據(jù)電壓大小需要，由不 同數(shù)量的太陽能電池片組成，其轉(zhuǎn)換效率受光照、溫度、太陽電池晶體類型及制 造工藝等影響， 2020 年中國平均效率為 %。常見的太陽能電池電壓有 3V、 6V、 9V、 12V、 18V、 32V、 48V 等，更大的用于太陽能電廠發(fā)電項(xiàng)目。 本課題研究的主要內(nèi)容 本充電器通過太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)過 DC/DC 變換電路處 理后，由充電電路為負(fù)載供電。鋰電池一般不宜采用全過程恒流充電方式，而是 采取開始恒流快速充電， 待電池電壓上升到設(shè)定值時(shí)， 自動(dòng)轉(zhuǎn)入恒壓充電的方式， 并且這樣有利于保存電池容量。充電過程中采用 LED 燈、數(shù)碼管指示，系統(tǒng)中 設(shè)計(jì)有完備的過流過壓保護(hù)，避 免因電池過度充電而損壞，并且充電器采用模塊 式結(jié)構(gòu)和 USB 接口，可對手機(jī)、 MP攝像機(jī)等多種數(shù)碼產(chǎn)品充電。 文中介紹設(shè)計(jì)的太陽能手機(jī)充電器，與普通的手機(jī)充電器相比，它的的特殊 之處除了能源的供應(yīng)來自太陽能電池板外，充分利用單片機(jī)的智能性，設(shè)有完備 的電壓電流檢測保護(hù)電路，并通過顯示電路顯示電路狀態(tài)，通過功能鍵可以靈活 的選擇電路輸出，為不同的電子產(chǎn)品提供電源。把太陽能電池板放在一個(gè)有陽光 的地方，即可以為手機(jī)提供一個(gè)方便的太陽能充電點(diǎn)。這種便捷的太陽能充電器 幾乎可以在任何地方補(bǔ)充電力，從而獲得通信的 自有。 2 太陽能手機(jī)充電器硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 太陽能電池在使用時(shí)由于太陽光的變化較大，其內(nèi)阻又比較高，因此輸出電 壓不穩(wěn)定，輸出電流較小，這就需要用充電控制電路將電池板輸出的直流電壓變 換后供給電池充電。當(dāng)光線條件適宜時(shí)，通過太陽能電池板吸收太陽光，將光能 轉(zhuǎn)換為電能。由于充電器多采用大電流的快速充電法，在電池充滿后如果不及時(shí) 停止會(huì)使電池發(fā)燙，過度的充電會(huì)嚴(yán)重?fù)p害電池的壽命。這就需要一個(gè)復(fù)雜的控 制系統(tǒng)， 51 系列單片機(jī)時(shí)當(dāng)前使用最為廣泛的 8 位單片機(jī)系列，其豐富的開發(fā) 資源和較低的開發(fā)成本，是 51 系列單片機(jī)現(xiàn)在以至將來都會(huì)有強(qiáng)大的生命力。 本系統(tǒng)將采用 89C51 做為充電電路的控制器，從而以較低的成本輕松實(shí)現(xiàn)復(fù)雜 的充電智能控制，同時(shí)也可以為其他小型電子產(chǎn)品提供潔凈的直流電源。本系統(tǒng) 總體設(shè)計(jì)方案如圖 1 所示，通過太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，由單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn) PWM 波控制開關(guān)管從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓電流的改變， 通過顯示電路顯示輸 出狀態(tài)及大小，由 ADC0809 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集及轉(zhuǎn)換并傳給單片機(jī)做判斷處理， 從而實(shí)現(xiàn)電路的智能輸出與控制。 太陽能電池板 的選用 太陽能電池板是太陽能供電系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，是該充電器的核心部分，其功 能是將太陽光的輻射能量轉(zhuǎn)化為電能，如今的便攜式數(shù)碼設(shè)備種類較多，所需電 壓電流不等，對于輸入功率較大的設(shè)備，必須采用面積較大的電池板，而這又給 攜帶帶來不便。因此該設(shè)計(jì)采用模塊式組合，根據(jù)不同充電負(fù)載的需要，將太陽 能板進(jìn)行組合以達(dá)到具有一定要求的輸出功率和輸出電壓的一組光伏電池。 本文 以手機(jī)、 MP3 等常用小功率用電設(shè)備為例，說明其太陽能充電器的設(shè)計(jì)過程。 所選用的太陽能電池板技術(shù)參數(shù)指標(biāo)如下： 尺寸 120mm45mm， 峰值電壓 6V， 峰值電流 100mA， 標(biāo)稱功率 。 考慮被充電池的電流不同所需充電時(shí)間不等， 采用八塊相同參數(shù)電池板進(jìn)行串、并聯(lián)，實(shí)測電池板的輸出電壓最大值為 , 電流最大可達(dá) 450mA，總標(biāo)稱功率為 5W 左右 ,實(shí)際輸出可根據(jù)不同的被充電對 象進(jìn)行平滑調(diào)整 [7]。 LM7805 應(yīng)用 圖 2 LM7805 典型應(yīng)用電路 單片機(jī)電源電路的設(shè)計(jì)以三端集成穩(wěn)壓器 LM7805 為核心， 它屬于串聯(lián)穩(wěn)壓 電路，其工作原理與分立元件的串聯(lián)穩(wěn)壓電源相同。圖 2 是三端穩(wěn)壓集成電路 LM7805 的典型應(yīng)用電路，三端集成穩(wěn)壓器設(shè)置的啟動(dòng)電路，在穩(wěn)壓電源啟動(dòng)后 處于正常狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)電路與穩(wěn)壓電源內(nèi)部其他電路脫離聯(lián)系，這樣輸入電壓變 化不直接影響基準(zhǔn)電路和恒流源電路，保持輸出電壓的穩(wěn)定。電路中 Ci 的作用 是消除輸入連線較長時(shí)其電感效應(yīng)引起的自激振蕩，減小紋波電壓，取值范圍在 ～ 1μF 之間，本文 Ci 選用 ；在輸出端接電容 Co 是用于消除電路 高頻噪聲，改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，一般取 左右，本文 Co 即選用 。 一般電容 的耐壓應(yīng)高于電源的輸入電壓和輸出電壓。另外，為避免輸入端斷開時(shí) Co 從穩(wěn)壓器輸出端向穩(wěn)壓器放電，造成穩(wěn)壓器的損壞，在穩(wěn)壓器的輸入端和輸 出端之間跨接一個(gè)二極