具有蓄电能力的太阳能充电器
具有蓄电能力的太阳能充电器[20200408102040]
摘 要
随着经济和技术飞速的发展，全世界的石化能源资源在日益短缺，温室效应和环境的压力逐渐增大，太阳能已经成为了解决这些问题的一个有效途径。同时，人们的生活已经逐渐离不开手机和笔记本电脑等常用电器，这也使人们需要面临这些用电器件的充电问题。本次设计使用了太阳能作为能源解来决这一问题，从而做成了太阳能充电器。在本次设计中，单片机起到了控制功能，而且利用了脉宽调制器（PWM）来提高整个电路的使用效率。希望通过本次设计能够促进太阳能在人们生活中的推广，不但让人们更加了解太阳能的优点和太阳能充电器的工作原理，而且使人们认识到发展太阳能的美好前景，以及体会到太阳能在发展低碳经济上的重要意义。
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关键字:太阳能充电器工作原理意义
目 录
第一章 绪 论 1
1.1当前面对的问题 1
1.2太阳能的优点 1
1.3太阳能的应用 2
第二章 充电器的设计 4
2.1充电系统结构框架 4
2.2太阳能光伏板部分 4
2.3 最大功率点（MPP） 6
2.4单片机的介绍 9
2.5电路数据的采样 9
2.6脉宽调制器PWM 10
第三章 系统的功能介绍和分析 12
3.1电池充电原理 12
3.2 太阳能充电系统的效率分析 14
3.3 用2A充电器对1A手机充电问题 15
结 语 17
参考文献 18
1. 第一章 绪 论
1.1当前面对的问题
现在的经济和技术发展很快，世界能源的前景日益暗淡。尽管化石能源正在逐渐减少，但是人们对能源的需求不减反增[1]，同时导致了温室效应，热岛效应等环境问题。能源危机在石油上的反应最大：在1990年发生的波斯湾战争，在2005年石油价格的急速上涨。温室效应的最大表现就是全世界的气候普遍变暖，全球的平均气温普遍升高，从而导致冰川的融化，海平面的上升，大陆面积的逐渐减少，这对人类生活的影响很大，温室效应也成为近年来人们关注的问题。能源紧缺和环境污染成为当前急需解决的问题。受到高成本的能源和全球变暖的影响，激励着人们寻找新的能源。
1.2太阳能的优点
面对能源紧缺和环境污染问题，人们通过不断地研究和开发新能源来解决这些问题，如水力发电，生物质能，海洋能和太阳能等。可再生能源的前景取决于一些不可知的因素：国家的政策，市场的需求和技术的发展。即便如此，大多数人都认为发展可再生能源是势在必行的，就因为足够的，廉价的，而且对环境无害可再生能源有助于国家的可持续发展。太阳能以独特的优势展现在人们眼前。
（1）随处可见：太阳光照耀着地球，没有任何区域的限制。无论大陆还是海洋，无论高山或低谷，都有太阳光的存在，可以直接开发和利用，且无须开采和运输。
（2）无污染：人们在使用和开发太阳能的过程中没有对环境产生任何污染，也就是说，太阳能是一种非常清洁并且无污染的新型能源。在环境污染日益严重的现在，太阳能的这优点是非常珍贵的。
（3）能量庞大：一年照射到地球表面的太阳光能够产生等价于130万亿吨煤产生的能量。那么，太阳能就是现在全球范围内能够被开采和利用的最大能源。
（4）存在悠久：太阳上的氢贮量能让太阳继续存在上百亿年，而且地球还可以存在约为几十亿年，所以可以认为太阳能是取之不尽，用之不竭的[2]。
太阳能应为具有以上优点，可以有效地解决能源危机和环境污染问题，是人们发展低碳经济的首选。
1.3太阳能的应用
由于，太阳能光伏板工作时无噪音和无污染，这使它们可以更加可靠，稳定和持续的工作[3]。在全球范围内每年安装的太阳能光伏板发电容量由2000年不足20万千瓦到2010年1650万千瓦，并且光伏产业在2008年有371亿美元的全球收入。德国能源协会为了向人们宣传使用可再生能源，进行无污染发电的环保理念，同时展示了德国光伏产品在全球具有领先的技术，在全世界实施了名为“德国及海外学校建设光伏屋顶”的工程。因此，在上海青浦的上海德国学校在2006年10月19日之后用上了清洁无污染的能源——太阳能。通过德国联邦太阳能经济协会的数据，从2003年到2005年，德国在太阳能方面的相关产品的产量的增长速率是其他国家的平均水平两倍。同时，德国也是使用太阳能发电量最多的国家。已经有4％的德国家庭使用了清洁无害、取之不尽的太阳能，这样每年预计可以节省2.7亿升燃油用来取暖。
通过德国对太阳能上的研究和成果，太阳能被人们广泛地了解和使用，中国也在努力地研究和发展太阳能。在中国西部地广人稀，地理位置都比较高，太阳光照充足，太阳能有着不可替代的地位和作用[4]。最近，中国的科学家们也在对太阳能发电塔进行研究。这些太阳能风热发电塔能否产生足够的清洁能量，来缓解内陆地区长期的空气污染状况。这些塔拔地而起，高度可达500米以上，而且在内蒙古已经有一个试点发电站正在成功的运转。科学家们尝试着将这些塔建在新的摩天大楼内来改善北京和上海等城市的环境。因此，需要使用能在几平方公里的区域内基于一个高大的塔来建造一个温室的技术。空气在温室内部变热，由于热胀冷缩，热空气就会在塔内部上升，从而驱动涡轮机进行发电。并且，该塔越高，上升的额热空气越强，发电能力也会增加。几十年来，人们正在关注和讨论着上述的技术。但是，为达到该技术做出的最大努力的结局是失败的——在1989年一个高195米的太阳能塔在西班牙由于在结构上发生了问题从而倒塌。随着人类技术的快速进步，这些问题也将逐一被解决，太阳能也会给人们带来更多的便利。
随着国家的经济和技术水平的提高，太阳能被广泛的运用到人们的现实生活中，例如LED光伏路灯[5]。大学生的增加导致宿舍用电的增加，也增加了管理宿舍用电的难度。为了节约用电和安全用电，许多大学宿舍都使用了用电管理系统[6]。由此可见，太阳能已经逐步进入人们的生活，使人们的生活更加便捷和清洁，有效的缓解能源紧缺和环境污染问题。
因为手机的逐渐普及，手机成为人们生活中必不可少的一部分，人们也在为提高手机的性能和延长手机的寿命不断地努力。手机电池是手机正常运行的动力，那么在手机需求这么巨大的今天，如何才能保证让电池一直有电呢？充电宝等就此出现。当然本次设计用的是清洁无污染的太阳能来做主要能源，制作出太阳能充电器。太阳能充电器有市场上任何充电器都没有的巨大优势：便宜，由除黑夜以外几乎无处不在太阳光提供能量。也希望本次的设计可以为更多的人们在生活中带来更多的便利，让人们更加了解发展太阳能的意义。
第二章 充电器的设计
2.1充电系统结构框架
如图1所示，将电源变换电路、采样电流电压的电路、单片机、脉宽调制控制器（PWM ）和电池组等构成了充电系统，这些元器件相互连接形成了一个循环系统。其中，单片机会进行采集数据，处理数据，A/D转换，数据输出的显示等任务，是整个电路的控制部分，而脉宽调制器（PWM）是用来提高整个电路的使用效率。
图1 系统电路
2.2太阳能光伏板部分
太阳能光伏板是整个充电系统的重要组成部分，太阳辐射（光子）通过p-n结对电子和空穴进行重组，生成了电流。因为它拥有与二极管相似的特性，所以可以使用太阳能光伏板特性的简化模型（如图2所示）[7]。
电流源?IPH?产生的电流正比于照射到太阳能光伏板上的太阳光照量。当负载没有被连接到电路中时，电流源IPH?生成的电流大部分都会流过二极管D，而且太阳能光伏板的开路电压(VOC )是由二极管的正向电压确定的。由于太阳能光伏板的具体特性因为型号的不同而不同，那么开路电压(VOC )也不都是一样的。而且对于大部分的硅电池而言，开路电压(VOC )的值一般都介于0.5V～0.6V?之间，这同时也就是等效二极管正常情况下的正向电压范围。并行电阻(RP )?代表太阳能光伏板在实际运行时发生的比较弱的漏电流，而电阻Rs?则代表了工作时产生在连接上的损耗。如果在负载上的电流增大，太阳能光伏板产生的电流会有更多的流过负载，同时会更少的电流流过二极管。但是对绝大多数的负载电流值来说，这只会很小地影响到输出电压。
摘 要
随着经济和技术飞速的发展，全世界的石化能源资源在日益短缺，温室效应和环境的压力逐渐增大，太阳能已经成为了解决这些问题的一个有效途径。同时，人们的生活已经逐渐离不开手机和笔记本电脑等常用电器，这也使人们需要面临这些用电器件的充电问题。本次设计使用了太阳能作为能源解来决这一问题，从而做成了太阳能充电器。在本次设计中，单片机起到了控制功能，而且利用了脉宽调制器（PWM）来提高整个电路的使用效率。希望通过本次设计能够促进太阳能在人们生活中的推广，不但让人们更加了解太阳能的优点和太阳能充电器的工作原理，而且使人们认识到发展太阳能的美好前景，以及体会到太阳能在发展低碳经济上的重要意义。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:太阳能充电器工作原理意义
目 录
第一章 绪 论 1
1.1当前面对的问题 1
1.2太阳能的优点 1
1.3太阳能的应用 2
第二章 充电器的设计 4
2.1充电系统结构框架 4
2.2太阳能光伏板部分 4
2.3 最大功率点（MPP） 6
2.4单片机的介绍 9
2.5电路数据的采样 9
2.6脉宽调制器PWM 10
第三章 系统的功能介绍和分析 12
3.1电池充电原理 12
3.2 太阳能充电系统的效率分析 14
3.3 用2A充电器对1A手机充电问题 15
结 语 17
参考文献 18
1. 第一章 绪 论
1.1当前面对的问题
现在的经济和技术发展很快，世界能源的前景日益暗淡。尽管化石能源正在逐渐减少，但是人们对能源的需求不减反增[1]，同时导致了温室效应，热岛效应等环境问题。能源危机在石油上的反应最大：在1990年发生的波斯湾战争，在2005年石油价格的急速上涨。温室效应的最大表现就是全世界的气候普遍变暖，全球的平均气温普遍升高，从而导致冰川的融化，海平面的上升，大陆面积的逐渐减少，这对人类生活的影响很大，温室效应也成为近年来人们关注的问题。能源紧缺和环境污染成为当前急需解决的问题。受到高成本的能源和全球变暖的影响，激励着人们寻找新的能源。
1.2太阳能的优点
面对能源紧缺和环境污染问题，人们通过不断地研究和开发新能源来解决这些问题，如水力发电，生物质能，海洋能和太阳能等。可再生能源的前景取决于一些不可知的因素：国家的政策，市场的需求和技术的发展。即便如此，大多数人都认为发展可再生能源是势在必行的，就因为足够的，廉价的，而且对环境无害可再生能源有助于国家的可持续发展。太阳能以独特的优势展现在人们眼前。
（1）随处可见：太阳光照耀着地球，没有任何区域的限制。无论大陆还是海洋，无论高山或低谷，都有太阳光的存在，可以直接开发和利用，且无须开采和运输。
（2）无污染：人们在使用和开发太阳能的过程中没有对环境产生任何污染，也就是说，太阳能是一种非常清洁并且无污染的新型能源。在环境污染日益严重的现在，太阳能的这优点是非常珍贵的。
（3）能量庞大：一年照射到地球表面的太阳光能够产生等价于130万亿吨煤产生的能量。那么，太阳能就是现在全球范围内能够被开采和利用的最大能源。
（4）存在悠久：太阳上的氢贮量能让太阳继续存在上百亿年，而且地球还可以存在约为几十亿年，所以可以认为太阳能是取之不尽，用之不竭的[2]。
太阳能应为具有以上优点，可以有效地解决能源危机和环境污染问题，是人们发展低碳经济的首选。
1.3太阳能的应用
由于，太阳能光伏板工作时无噪音和无污染，这使它们可以更加可靠，稳定和持续的工作[3]。在全球范围内每年安装的太阳能光伏板发电容量由2000年不足20万千瓦到2010年1650万千瓦，并且光伏产业在2008年有371亿美元的全球收入。德国能源协会为了向人们宣传使用可再生能源，进行无污染发电的环保理念，同时展示了德国光伏产品在全球具有领先的技术，在全世界实施了名为“德国及海外学校建设光伏屋顶”的工程。因此，在上海青浦的上海德国学校在2006年10月19日之后用上了清洁无污染的能源——太阳能。通过德国联邦太阳能经济协会的数据，从2003年到2005年，德国在太阳能方面的相关产品的产量的增长速率是其他国家的平均水平两倍。同时，德国也是使用太阳能发电量最多的国家。已经有4％的德国家庭使用了清洁无害、取之不尽的太阳能，这样每年预计可以节省2.7亿升燃油用来取暖。
通过德国对太阳能上的研究和成果，太阳能被人们广泛地了解和使用，中国也在努力地研究和发展太阳能。在中国西部地广人稀，地理位置都比较高，太阳光照充足，太阳能有着不可替代的地位和作用[4]。最近，中国的科学家们也在对太阳能发电塔进行研究。这些太阳能风热发电塔能否产生足够的清洁能量，来缓解内陆地区长期的空气污染状况。这些塔拔地而起，高度可达500米以上，而且在内蒙古已经有一个试点发电站正在成功的运转。科学家们尝试着将这些塔建在新的摩天大楼内来改善北京和上海等城市的环境。因此，需要使用能在几平方公里的区域内基于一个高大的塔来建造一个温室的技术。空气在温室内部变热，由于热胀冷缩，热空气就会在塔内部上升，从而驱动涡轮机进行发电。并且，该塔越高，上升的额热空气越强，发电能力也会增加。几十年来，人们正在关注和讨论着上述的技术。但是，为达到该技术做出的最大努力的结局是失败的——在1989年一个高195米的太阳能塔在西班牙由于在结构上发生了问题从而倒塌。随着人类技术的快速进步，这些问题也将逐一被解决，太阳能也会给人们带来更多的便利。
随着国家的经济和技术水平的提高，太阳能被广泛的运用到人们的现实生活中，例如LED光伏路灯[5]。大学生的增加导致宿舍用电的增加，也增加了管理宿舍用电的难度。为了节约用电和安全用电，许多大学宿舍都使用了用电管理系统[6]。由此可见，太阳能已经逐步进入人们的生活，使人们的生活更加便捷和清洁，有效的缓解能源紧缺和环境污染问题。
因为手机的逐渐普及，手机成为人们生活中必不可少的一部分，人们也在为提高手机的性能和延长手机的寿命不断地努力。手机电池是手机正常运行的动力，那么在手机需求这么巨大的今天，如何才能保证让电池一直有电呢？充电宝等就此出现。当然本次设计用的是清洁无污染的太阳能来做主要能源，制作出太阳能充电器。太阳能充电器有市场上任何充电器都没有的巨大优势：便宜，由除黑夜以外几乎无处不在太阳光提供能量。也希望本次的设计可以为更多的人们在生活中带来更多的便利，让人们更加了解发展太阳能的意义。
第二章 充电器的设计
2.1充电系统结构框架
如图1所示，将电源变换电路、采样电流电压的电路、单片机、脉宽调制控制器（PWM ）和电池组等构成了充电系统，这些元器件相互连接形成了一个循环系统。其中，单片机会进行采集数据，处理数据，A/D转换，数据输出的显示等任务，是整个电路的控制部分，而脉宽调制器（PWM）是用来提高整个电路的使用效率。
图1 系统电路
2.2太阳能光伏板部分
太阳能光伏板是整个充电系统的重要组成部分，太阳辐射（光子）通过p-n结对电子和空穴进行重组，生成了电流。因为它拥有与二极管相似的特性，所以可以使用太阳能光伏板特性的简化模型（如图2所示）[7]。
电流源?IPH?产生的电流正比于照射到太阳能光伏板上的太阳光照量。当负载没有被连接到电路中时，电流源IPH?生成的电流大部分都会流过二极管D，而且太阳能光伏板的开路电压(VOC )是由二极管的正向电压确定的。由于太阳能光伏板的具体特性因为型号的不同而不同，那么开路电压(VOC )也不都是一样的。而且对于大部分的硅电池而言，开路电压(VOC )的值一般都介于0.5V～0.6V?之间，这同时也就是等效二极管正常情况下的正向电压范围。并行电阻(RP )?代表太阳能光伏板在实际运行时发生的比较弱的漏电流，而电阻Rs?则代表了工作时产生在连接上的损耗。如果在负载上的电流增大，太阳能光伏板产生的电流会有更多的流过负载，同时会更少的电流流过二极管。但是对绝大多数的负载电流值来说，这只会很小地影响到输出电压。
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