太阳能帐篷的研究与设计
太阳能帐篷的研究与设计[20191223160136]
摘 要
太阳能帐篷的设计主要分为两部分：（1）帐篷的选用部分。帐篷采用涤纶材料的防水双人帐篷，长*宽*高（200*145*110 ），帐篷结构是需要搭建的单层帐，支架采用玻璃钢杆，直径为6.9 ，帐底的防水指数小于1000 ，为此需要一个防潮垫，防潮垫选用铝箔防潮垫。（2）太阳能的供电部分。利用太阳能电池板的光电转化原理，将光能直接转化为电能为设备供电。其中需要一种能够稳定输出电压的方法，以便达到设计所需要的输出电压。
设计中选用的太阳能电池是1 的柔性薄膜非晶硅太阳能电池，开路电压为2 ，短路电流为660 ，工作电压为1.5 ，工作电流为500 。现实中太阳能电池板产生的电流是不稳定的，会受光照强度、周围温度和光谱响应的影响，为解决这一问题需要接入 变换电路。稳压模块选择带有 接口和电压显示表的降压模块，该模块还带过流、过温保护，带 电源指示灯，模块尺寸为（长*宽*高 ）：58*21*10，重13 。当输入电压在6.0~40.0 时，能够稳定输出5.0 的电压和2 的电流。
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关键字:帐篷太阳能稳压模块
目 录
1. 引言 1
1.1太阳能帐篷的发展现状 1
1.2研究太阳能帐篷的目的和意义 1
1.3研究思路和技术方法 2
2. 太阳能帐篷的总体设计方案 3
2.1帐篷规格的选用 3
2.2太阳能供电系统以及基于DC—DC变换稳压设计 5
2.3蓄电池的选用 5
2. 4本章小结 6
3. 太阳能供电系统 7
3.1柔性薄膜非晶硅太阳能电池工作原理及影响其输出特性的因素 7
3.1.1柔性薄膜非晶硅太阳能电池工作原理 7
3.1.2 影响柔性薄膜非晶硅太阳能电池输出特性的因素 10
3.2DC-DC变换电路 10
3.3 本章小结 13
4. 太阳能帐篷控制电路的研究设计 14
4.1稳压模块 14
4.1.1数码显示模块分析 14
4.1.2 USB识别电阻知识普及 15
4.2锂聚合物蓄电池保护电路的芯片图 17
4.3本章小结 18
5. 实物设计与扩展 19
5.1柔性薄膜太阳能电池的串联和试用 19
5.2供电系统组装后的运行 20
5.3功能扩展方案 22
结束语 23
参考文献 24
致 谢 26
1. 引言
1.1太阳能帐篷的发展现状
帐篷的历史比较久远，其之所以存在至今，主要原因是它的特点：质量轻、方便携带、易拆易建等。当前帐篷有很多结构，如：充气结构、轻质框架结构、金属折叠结构、便携式轻型结构、“速生”的围护结构等等。
由于化石能源的日渐枯竭，各国政府都努力开发新能源，而太阳能作为新能源的一种，它有着取之不尽、清洁无污染、普遍等优点，因此将太阳能与帐篷相结合便出现了太阳能帐篷。太阳能帐篷的出现不仅减少了污染排放问题，而且对于出游的人来说，它不仅解决了露营问题，更重要的是解决了野外能源不足的问题。它通过太阳能电池，利用太阳能电池的光电转换原理，将光能转换成电能，不仅白天可以为设备直接充电，而且到了晚上也可以使用白天太阳能电池给蓄电池充的电。
除了出游人们野外露营使用，最近一段时间，美国军方正在开发名为 的柔性太阳能军用帐篷，它可以为通讯设备、平板等电子设备供电，使地面部队在后勤供应不及时的时候能够在能源方面基本上做到自给自足【1】。图1-1为美国一公司发布的一款太阳能帐篷：
图1-1太阳能帐篷
1.2研究太阳能帐篷的目的和意义
当前社会的高速发展，是人们的旅游方式多样化，而户外露营成为非常热门的一种方式。以往的帐篷的作用比较单一，一般只用来作为露宿的工具，但却解决不了野外能源供应的问题。而太阳能帐篷是在传统帐篷的基础上安装太阳能供电系统，以解决户外能源供应问题。
太阳能帐篷的研究很好的将太阳能与帐篷结合，它解决了在有线供电设备断开时没有能源的问题。地震作为全球较平凡的自然灾害之一，每当大地震的发生，如汶川地震等，随之而来的一系列问题除食物短缺外，最严重的就是能源短缺。而太阳能帐篷不仅能解决受灾人们临时住房问题，而且能解决能源供应问题。在未来技术成熟时，帐篷的材料都可以用柔性薄膜电池制作。当前全球范围的能源供应紧张，化石燃料日渐枯竭，各国都在大力开发新能源，而太阳能作为新型能源有着清洁无污染、来源广泛、用之不竭等优点成为重点研究项目。利用当前科技并在此基础上不断发展，进而更大限度的利用太阳能不仅是社会发展的要求，也是一种保护地球的行动。
1.3研究思路和技术方法
太阳能帐篷的主要功能是在野外没有能源的情况下提供电能。设计可以分为三个模块太阳能供电、稳压模块、蓄电池供电，其中重点是 变换稳压设计。
设计选取柔性薄膜太阳能电池板为供电系统，利用光电转换原理供电，白天在有光照的情况下，将柔性薄膜太阳能电池板安装在帐篷光照较强的地方进行光电转换。由于光源并不稳定，而所以得到的电流也不是稳定的，不好直接给蓄电池和设备供电，这是就需要一个稳压模块，对太阳能电池进行 转换。经稳压模块转换后的直流电可以直接为设备和蓄电池充电。
稳压模块上用到的数码管电压显示模块。数码管显示模块利用多个发光二极管组装而成，在驱动电路的作用下，显示出与输入电压大小相同的数字。
识别电阻是根据设备接 的 和 两个引脚而得到不同的电压从而得到电阻的识别。
2. 太阳能帐篷的总体设计方案
现实中的光照强度、光谱响应和温度等因素并不是稳定不变的，这导致太阳能电池转换出来的电流并不稳定，不能直接给蓄电池和设备直接供电，为解决这一问题，需要一个稳压模块，进行 稳压转换。太阳能电池板产生的电流经稳压模块后得到适合蓄电池的电压，并为蓄电池供电。图2-1为总体系统设计框图：
图2-1系统设计框图
2.1帐篷规格的选用
最近美国正在研发一款适合野外作战的军用太阳能帐篷。它采用的是涂在塑料基底上的非晶硅薄膜电池，由于非晶硅材料的柔韧性，因此可以卷成筒状固定在军用帐篷上【2】。如图2-2所示：
图2-2军用太阳能帐篷
由于薄膜技术的不断进步，美国科学家已经研发出一种新型的透明薄膜太阳能电池，这种透明薄膜电池在将来可以在帐篷上作为窗户并且使之成为制作帐篷的材料而不是附加在帐篷上。
此次设计选用的是一居室的双人帐篷，展开尺寸（长*宽*高 ）：200*150*115，帐篷采用搭建结构的单层帐，外帐和底帐材料是涤纶的，支架采用玻璃钢杆，直径为6.9 ，帐底的防水指数小于1000 ，为此需要一个防潮垫，防潮垫选用铝箔防潮垫。帐篷顶部有一个天窗，白天拥有很好的采光性，天窗下面是纱窗，当打开天窗欣赏夜色的时候纱窗能可以防蚊虫。帐篷前、后面是一个半圆形拉链门，与天窗一样有纱窗保护。该帐篷具有较大的空间、稳定的结构和良好的通风性能。帐篷配有一个手拎带，不用时卷好收入，体积只有12*58 左右，方便携带。图2-3和2-4为设计中所使用的帐篷：
图2-3帐篷放入手拎包里
图2-4帐篷撑开后
2.2太阳能供电系统以及基于DC—DC变换稳压设计
现实情况中，太阳能电池板输出的电压并不是一个恒定电压，它会随周围温度、太阳光强度和光谱响应的变化而受到一定的影响。在太阳能电池源后面接一个 变换电路从而得到设计所需要的电压。
升压型、降压型和升降压型转换器构成三种 转换器，而现实运用又可分三种控制类型：拥有高效率的 型、拥有低耗的 型和 型【3】。目前市场上电子产品广泛使用 转换器。
转换器的工作原理为：阳光照射到太阳能电池上被转换成电能送入 变换电路，然后根据输出条件的要求，输出所需的电压或者电流再对待充电设备提供电能【4】。在此次太阳能帐篷的设计中采用的是降压模块。下图2-5为此次设计中所用降压模块：
图2-5降压模块
2.3蓄电池的选用
设计中除了供电系统还需要一个储能设备以便在没有阳光的情况下为设备供电这时就需要考虑到蓄电池的选用。
蓄电池常见的有三种：锂电池、镍氢/镍铬电池、铅酸电池。这三种电池有各自不同的特点：锂离子蓄电池拥有体积小、寿命长等优点，但其内阻较大；镍氢/镍铬蓄电池的寿命相对锂离子电池较短，而且污染较大，但是它内阻较小；铅酸蓄电池回收性较高，价格也较便宜，但它体积大，不方便携带，而且不适宜大电流放电和快速充电【5】。
此次设计中选用一款浅灰色的，电池类型为锂聚合物蓄电池，型号是 ，它采用的电芯是18650电芯。电源尺寸为175*80*30 ，重量为330 ，容量为12000 。选取的蓄电池基本能够满足太阳能帐篷设计中的供电作用。图2-6为选用蓄电池：
图2-6选用蓄电池
2. 4本章小结
本章根据实际设计要求提出总体设计方案，该设计主要有三大模块：帐篷的选用、电路的 变换、蓄电池的选用。
摘 要
太阳能帐篷的设计主要分为两部分：（1）帐篷的选用部分。帐篷采用涤纶材料的防水双人帐篷，长*宽*高（200*145*110 ），帐篷结构是需要搭建的单层帐，支架采用玻璃钢杆，直径为6.9 ，帐底的防水指数小于1000 ，为此需要一个防潮垫，防潮垫选用铝箔防潮垫。（2）太阳能的供电部分。利用太阳能电池板的光电转化原理，将光能直接转化为电能为设备供电。其中需要一种能够稳定输出电压的方法，以便达到设计所需要的输出电压。
设计中选用的太阳能电池是1 的柔性薄膜非晶硅太阳能电池，开路电压为2 ，短路电流为660 ，工作电压为1.5 ，工作电流为500 。现实中太阳能电池板产生的电流是不稳定的，会受光照强度、周围温度和光谱响应的影响，为解决这一问题需要接入 变换电路。稳压模块选择带有 接口和电压显示表的降压模块，该模块还带过流、过温保护，带 电源指示灯，模块尺寸为（长*宽*高 ）：58*21*10，重13 。当输入电压在6.0~40.0 时，能够稳定输出5.0 的电压和2 的电流。
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关键字:帐篷太阳能稳压模块
目 录
1. 引言 1
1.1太阳能帐篷的发展现状 1
1.2研究太阳能帐篷的目的和意义 1
1.3研究思路和技术方法 2
2. 太阳能帐篷的总体设计方案 3
2.1帐篷规格的选用 3
2.2太阳能供电系统以及基于DC—DC变换稳压设计 5
2.3蓄电池的选用 5
2. 4本章小结 6
3. 太阳能供电系统 7
3.1柔性薄膜非晶硅太阳能电池工作原理及影响其输出特性的因素 7
3.1.1柔性薄膜非晶硅太阳能电池工作原理 7
3.1.2 影响柔性薄膜非晶硅太阳能电池输出特性的因素 10
3.2DC-DC变换电路 10
3.3 本章小结 13
4. 太阳能帐篷控制电路的研究设计 14
4.1稳压模块 14
4.1.1数码显示模块分析 14
4.1.2 USB识别电阻知识普及 15
4.2锂聚合物蓄电池保护电路的芯片图 17
4.3本章小结 18
5. 实物设计与扩展 19
5.1柔性薄膜太阳能电池的串联和试用 19
5.2供电系统组装后的运行 20
5.3功能扩展方案 22
结束语 23
参考文献 24
致 谢 26
1. 引言
1.1太阳能帐篷的发展现状
帐篷的历史比较久远，其之所以存在至今，主要原因是它的特点：质量轻、方便携带、易拆易建等。当前帐篷有很多结构，如：充气结构、轻质框架结构、金属折叠结构、便携式轻型结构、“速生”的围护结构等等。
由于化石能源的日渐枯竭，各国政府都努力开发新能源，而太阳能作为新能源的一种，它有着取之不尽、清洁无污染、普遍等优点，因此将太阳能与帐篷相结合便出现了太阳能帐篷。太阳能帐篷的出现不仅减少了污染排放问题，而且对于出游的人来说，它不仅解决了露营问题，更重要的是解决了野外能源不足的问题。它通过太阳能电池，利用太阳能电池的光电转换原理，将光能转换成电能，不仅白天可以为设备直接充电，而且到了晚上也可以使用白天太阳能电池给蓄电池充的电。
除了出游人们野外露营使用，最近一段时间，美国军方正在开发名为 的柔性太阳能军用帐篷，它可以为通讯设备、平板等电子设备供电，使地面部队在后勤供应不及时的时候能够在能源方面基本上做到自给自足【1】。图1-1为美国一公司发布的一款太阳能帐篷：
图1-1太阳能帐篷
1.2研究太阳能帐篷的目的和意义
当前社会的高速发展，是人们的旅游方式多样化，而户外露营成为非常热门的一种方式。以往的帐篷的作用比较单一，一般只用来作为露宿的工具，但却解决不了野外能源供应的问题。而太阳能帐篷是在传统帐篷的基础上安装太阳能供电系统，以解决户外能源供应问题。
太阳能帐篷的研究很好的将太阳能与帐篷结合，它解决了在有线供电设备断开时没有能源的问题。地震作为全球较平凡的自然灾害之一，每当大地震的发生，如汶川地震等，随之而来的一系列问题除食物短缺外，最严重的就是能源短缺。而太阳能帐篷不仅能解决受灾人们临时住房问题，而且能解决能源供应问题。在未来技术成熟时，帐篷的材料都可以用柔性薄膜电池制作。当前全球范围的能源供应紧张，化石燃料日渐枯竭，各国都在大力开发新能源，而太阳能作为新型能源有着清洁无污染、来源广泛、用之不竭等优点成为重点研究项目。利用当前科技并在此基础上不断发展，进而更大限度的利用太阳能不仅是社会发展的要求，也是一种保护地球的行动。
1.3研究思路和技术方法
太阳能帐篷的主要功能是在野外没有能源的情况下提供电能。设计可以分为三个模块太阳能供电、稳压模块、蓄电池供电，其中重点是 变换稳压设计。
设计选取柔性薄膜太阳能电池板为供电系统，利用光电转换原理供电，白天在有光照的情况下，将柔性薄膜太阳能电池板安装在帐篷光照较强的地方进行光电转换。由于光源并不稳定，而所以得到的电流也不是稳定的，不好直接给蓄电池和设备供电，这是就需要一个稳压模块，对太阳能电池进行 转换。经稳压模块转换后的直流电可以直接为设备和蓄电池充电。
稳压模块上用到的数码管电压显示模块。数码管显示模块利用多个发光二极管组装而成，在驱动电路的作用下，显示出与输入电压大小相同的数字。
识别电阻是根据设备接 的 和 两个引脚而得到不同的电压从而得到电阻的识别。
2. 太阳能帐篷的总体设计方案
现实中的光照强度、光谱响应和温度等因素并不是稳定不变的，这导致太阳能电池转换出来的电流并不稳定，不能直接给蓄电池和设备直接供电，为解决这一问题，需要一个稳压模块，进行 稳压转换。太阳能电池板产生的电流经稳压模块后得到适合蓄电池的电压，并为蓄电池供电。图2-1为总体系统设计框图：
图2-1系统设计框图
2.1帐篷规格的选用
最近美国正在研发一款适合野外作战的军用太阳能帐篷。它采用的是涂在塑料基底上的非晶硅薄膜电池，由于非晶硅材料的柔韧性，因此可以卷成筒状固定在军用帐篷上【2】。如图2-2所示：
图2-2军用太阳能帐篷
由于薄膜技术的不断进步，美国科学家已经研发出一种新型的透明薄膜太阳能电池，这种透明薄膜电池在将来可以在帐篷上作为窗户并且使之成为制作帐篷的材料而不是附加在帐篷上。
此次设计选用的是一居室的双人帐篷，展开尺寸（长*宽*高 ）：200*150*115，帐篷采用搭建结构的单层帐，外帐和底帐材料是涤纶的，支架采用玻璃钢杆，直径为6.9 ，帐底的防水指数小于1000 ，为此需要一个防潮垫，防潮垫选用铝箔防潮垫。帐篷顶部有一个天窗，白天拥有很好的采光性，天窗下面是纱窗，当打开天窗欣赏夜色的时候纱窗能可以防蚊虫。帐篷前、后面是一个半圆形拉链门，与天窗一样有纱窗保护。该帐篷具有较大的空间、稳定的结构和良好的通风性能。帐篷配有一个手拎带，不用时卷好收入，体积只有12*58 左右，方便携带。图2-3和2-4为设计中所使用的帐篷：
图2-3帐篷放入手拎包里
图2-4帐篷撑开后
2.2太阳能供电系统以及基于DC—DC变换稳压设计
现实情况中，太阳能电池板输出的电压并不是一个恒定电压，它会随周围温度、太阳光强度和光谱响应的变化而受到一定的影响。在太阳能电池源后面接一个 变换电路从而得到设计所需要的电压。
升压型、降压型和升降压型转换器构成三种 转换器，而现实运用又可分三种控制类型：拥有高效率的 型、拥有低耗的 型和 型【3】。目前市场上电子产品广泛使用 转换器。
转换器的工作原理为：阳光照射到太阳能电池上被转换成电能送入 变换电路，然后根据输出条件的要求，输出所需的电压或者电流再对待充电设备提供电能【4】。在此次太阳能帐篷的设计中采用的是降压模块。下图2-5为此次设计中所用降压模块：
图2-5降压模块
2.3蓄电池的选用
设计中除了供电系统还需要一个储能设备以便在没有阳光的情况下为设备供电这时就需要考虑到蓄电池的选用。
蓄电池常见的有三种：锂电池、镍氢/镍铬电池、铅酸电池。这三种电池有各自不同的特点：锂离子蓄电池拥有体积小、寿命长等优点，但其内阻较大；镍氢/镍铬蓄电池的寿命相对锂离子电池较短，而且污染较大，但是它内阻较小；铅酸蓄电池回收性较高，价格也较便宜，但它体积大，不方便携带，而且不适宜大电流放电和快速充电【5】。
此次设计中选用一款浅灰色的，电池类型为锂聚合物蓄电池，型号是 ，它采用的电芯是18650电芯。电源尺寸为175*80*30 ，重量为330 ，容量为12000 。选取的蓄电池基本能够满足太阳能帐篷设计中的供电作用。图2-6为选用蓄电池：
图2-6选用蓄电池
2. 4本章小结
本章根据实际设计要求提出总体设计方案，该设计主要有三大模块：帐篷的选用、电路的 变换、蓄电池的选用。
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