【正文】 吸收太陽(yáng)光并將其轉(zhuǎn)化為電流的半導(dǎo)體裝置。為了更加充分有效的利用太陽(yáng)能，如何選取太陽(yáng)能電池板的方位角和傾斜角是一個(gè)十分重要的問(wèn)題。按照不同的使用情況，陣列傾角有著不同的要求。對(duì)于并網(wǎng)系統(tǒng)及極少數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，希望方陣全年接受到的輻射量最大，因而可取方陣傾角接近于當(dāng)?shù)鼐暥?，而?duì)于應(yīng)用最廣的獨(dú)立光優(yōu)系統(tǒng)，則有其特殊的要求。本文以在天津這座城市安裝太陽(yáng)能電池板為案例，對(duì)其安裝角度進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于全天無(wú)陰影遮蓋的太陽(yáng)能電池陣列，如果其傾角固定，則必然存在一個(gè)能夠獨(dú)得全天最多太陽(yáng)總輻射能的最佳朝向，即最佳方位角。由于太陽(yáng)總輻射中的散射部分與陣列朝向無(wú)關(guān)，所以只需要考慮陣列上太陽(yáng)直射輻射強(qiáng)度隨陣列面朝向的變化即可。由文獻(xiàn)可知投射到某一陰影遮蓋的全天太陽(yáng)能直射輻射能量ED的計(jì)算公式如下： 其中ts2—當(dāng)?shù)靥?yáng)時(shí)日出時(shí)間 CN—大氣透明系數(shù)，隨地區(qū)而異 α—太陽(yáng)高度角 b—陣列傾角 ZS—太陽(yáng)方位角ZC—陣列正向與正南向的夾角A、 B的逐月數(shù)據(jù)見表表61 A、B的逐月數(shù)值月份AB月份AB172839410511612 假設(shè)該計(jì)算日內(nèi)天空云況恒定，即CN值不變，為了求Zc的最佳值，我們將ED對(duì)Zc求導(dǎo)得： 因?yàn)? 所以我們可將積分變量由ts轉(zhuǎn)化成太陽(yáng)時(shí)角H，得到： 式中，H1為日出時(shí)間對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)時(shí)角；H2為日落時(shí)間對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)時(shí)角。令，根據(jù)太陽(yáng)時(shí)及太陽(yáng)時(shí)角的定義，式中的積分區(qū)間[H1,H2]關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱，太陽(yáng)方位角的余弦函數(shù)cosZc是太陽(yáng)時(shí)角H的偶函數(shù)[4]；正弦sinZs是太陽(yáng)時(shí)角H的奇函數(shù)[3]，因此的最佳值為0在確定陣列的最佳方位角以后，還有另一個(gè)重要的參數(shù)需要確定，那就是陣列的最佳傾角β。陣列的傾角不僅跟太陽(yáng)的直射輻射有關(guān)，而且跟太陽(yáng)的散射也有相當(dāng)?shù)年P(guān)系。因此，最佳傾角的確定要比最佳方位角的確定復(fù)雜。 由太陽(yáng)總輻射能量公式：其中：is—太陽(yáng)直射輻射入射角；C—隨月份而異的無(wú)量綱數(shù)，F(xiàn)S—陣列與地面向間的角系數(shù)， —地面反射率， 令，可求解出β的值。但用純數(shù)學(xué)手段求解其計(jì)算量相當(dāng)繁重，因此 我們利用PVSYST軟件對(duì)其進(jìn)行建模仿真，并采折半查找法得到最佳傾角，計(jì)算及結(jié)果如下：1） 計(jì)算地點(diǎn)為天津市，經(jīng)度數(shù)117176。，緯度為39176。；2） 計(jì)算時(shí)間為2010年；3） 陣列方位角為0, 176。；4） 假設(shè)計(jì)算日皆為晴天，且采光面無(wú)陰影遮蓋。表62 天津地區(qū)逐月太陽(yáng)能輻射能量一二三四五六七八九十十一十二年單位水平輻射Kwh/水平擴(kuò)散Kwh/大氣輻射Kwh/清潔指數(shù)溫度oC風(fēng)速m/s表63 逐月最佳傾角計(jì)算結(jié)果月份β( 176。)月份β( 176。)159714251817339931428104952711556101262由于在獨(dú)立光伏系統(tǒng)中，蓄電池有著均衡充電的要求，因此，要盡量增加方陣在太陽(yáng)輻射強(qiáng)度較弱月份的發(fā)電量。在此項(xiàng)要求下，我們可確定在北京安裝太陽(yáng)能電池陣列的全年最佳傾角為43176。根據(jù)前面的公式計(jì)算得到天津市的最佳方位角的方位是40176。~44176。，在實(shí)際操作中只需要把太陽(yáng)能電池板的傾角調(diào)節(jié)到這個(gè)范圍內(nèi)即可?，F(xiàn)將已做好的太陽(yáng)能充電器放到陽(yáng)光下調(diào)節(jié)好照射角度，用電壓表測(cè)量充電器的電壓和電流大小并將手機(jī)與此連接，手機(jī)充電即可實(shí)現(xiàn)，下面為充電時(shí)的一些照片 陽(yáng)光下充電過(guò)程展示：圖6—1 模擬光源下充電過(guò)程圖6—2模擬照明:圖6—3驗(yàn)鈔：圖6—4圖 65圖 66 6V 左右，數(shù)據(jù)是每五分鐘測(cè)量一次，最后再經(jīng)過(guò)office軟件處理而得。從圖上可以看出基本上經(jīng)過(guò)了恒流充電與恒壓充電過(guò)程。從電壓時(shí)間關(guān)系圖來(lái)看，后項(xiàng)有一段恒壓充電，同時(shí)恒壓穩(wěn)在 ，完全沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)壓充電。從充電精度看，對(duì)于 鋰電池來(lái)說(shuō)，達(dá)到了 %，完全在 1%充電精度要求內(nèi)。從電流與時(shí)間曲線來(lái)看，基本上有恒流過(guò)程。在進(jìn)行恒壓充電過(guò)程中，電流在不斷的減小，在涓流充電狀態(tài)下可以讓電池充飽，即充電電壓與實(shí)際電池電壓可以基本相等。其電壓差等于充電電流乘以鋰離子電池的總內(nèi)阻。同時(shí)電流的不斷減小也保證了電池充飽后可中斷充電，從而保證不會(huì)出現(xiàn)過(guò)充現(xiàn)象。圖65 圖66第七章 總結(jié) 通過(guò)制作太陽(yáng)能手機(jī)充電器，可以喚醒人們對(duì)環(huán)境的珍惜，使用綠色能源保護(hù)地球。在成本進(jìn)一步降低的情況下，有可能可以投放市場(chǎng)大規(guī)模生產(chǎn)和使用。拉動(dòng)消費(fèi)。 在電路分析時(shí)必要尊從能量守恒定律，一切的電路都適合能量守恒定律，使用能量守恒定律電路就變得簡(jiǎn)單。無(wú)論分析什么事情時(shí)我都會(huì)考慮到能量守恒定律，因?yàn)樗且粭l通用的宇宙定律，值得推薦的一條定律！ 對(duì)于本設(shè)計(jì)，如果進(jìn)行進(jìn)一步的的研究，我認(rèn)為應(yīng)該在以下幾個(gè)方面重點(diǎn)考慮：（1）考慮添加液晶顯示模塊，這樣可以清楚了解電壓和電流的大小，還可顯示漢字，使顯示更加豐富人性化。但在總的造價(jià)有所增加；（2）添加一塊蓄電池可以隨時(shí)給手機(jī)充電，無(wú)論黑夜或者陰雨天都能提供電力給手機(jī)。這樣既提高了能源利用率，又方便了服務(wù)旅游人員。 本課題所研究的太陽(yáng)能手機(jī)充電器在設(shè)計(jì)上仍然存在一些不足以及需要改進(jìn)的地方，主要有以下兩點(diǎn)： 本系統(tǒng)在測(cè)試實(shí)驗(yàn)的后期數(shù)據(jù)處理仍需手動(dòng)計(jì)算，如果能將測(cè)試的數(shù)據(jù)直接輸入PC，通過(guò)PC的強(qiáng)大計(jì)算能力進(jìn)行虛擬擬合。 本系統(tǒng)的內(nèi)部電路由于是手工制做焊接，電路焊點(diǎn)之間可能產(chǎn)生干擾誤差，如果能集成電路板，可更好減少誤差。本設(shè)計(jì)存在著的缺點(diǎn)和不足，在以后的工作、學(xué)習(xí)中我會(huì)對(duì)其加以改正。參考文獻(xiàn)[1] 施正榮. 晶體硅太陽(yáng)能電池的現(xiàn)狀和發(fā)展[D]. 無(wú)錫尚德太陽(yáng)能電力有限公司，2006.[2] 魏永利. 太陽(yáng)能電池光譜響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)研究[D].河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，20091201.[3] 曾令馳. 適合教學(xué)的高性能太陽(yáng)能電池測(cè)試系統(tǒng)[J]. 物理實(shí)驗(yàn)，200803.[4] 林紅. 太陽(yáng)能電池發(fā)展的新概念和新方向[J]. 稀有金屬材料與工程，200909.[5] 韓芝龍. 基于虛擬儀器的太陽(yáng)能電池性能測(cè)試系統(tǒng)研究[D].華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文，20081221[6] 崔榮強(qiáng). 太陽(yáng)能電池檢測(cè)系統(tǒng)基本原理[J].技術(shù)前沿，GB/T .[7] 張洪欣. 一種智能太陽(yáng)能電池測(cè)試儀的研究[D].上海：上海大學(xué)學(xué)位論文，200609.[8]高震天. UM71軌道電路參數(shù)測(cè)試方法的研究[D]. 燕山大學(xué)學(xué)位論文，2006.[9]朱鵬濤. 用于太陽(yáng)能電池板的自動(dòng)測(cè)試分選應(yīng)用工程[J]. 制造業(yè)自動(dòng)化，201108.26