多功能移动式太阳能电源的研究与设计
多功能移动式太阳能电源的研究与设计[20191223155741]
摘要
多功能移动式太阳能电源的研究与设计主要包括了两大部分：一、太阳能电池通过稳压电路使得太阳能电池输出稳定的电压，通过对稳压电路的设计使其能够获得稳定的输出电压，满足电压在所输出范围内使用。二、通过对太阳能电池的介绍清楚的认识到太阳能电池的具体分类以及不同种类的太阳能电池之间的对比来加深对太阳能电池的认识。
设计中通过太阳能电池板的效用的对比，本文选用0.8W的太阳能电池，工作电压为6V，工作电流为0.18A的单晶硅太阳能电池板。由于太阳能电板产生的直流电流随着环境因素的影响较大，尤其是光照强度、光谱响应和温度的影响，因此在设计的过程中通过DC-DC变换电路来对该问题进行处理。设计中本文选用LM7805稳压模块、TP4056锂电池充电保护模块以及3.7升压5V的升压模块来进行控制整个电路。蓄电池则通过对铅蓄电池和锂电池的对比，结合诸多优点，最终选择锂电池作为本文的储能电池。
查看完整论文请+Q: 3519,1607,2
关键字:太阳能电池单晶硅升降压模组锂电池充电保护
目录
第一章引言 1
1.1研发太阳能电源的必要性及发展现状 1
1.2便携式移动太阳能电源所要达到的要求 1
1.3研究思路和技术方法 1
1.4 本章小结 1
第二章多功能便携式电源整体结构 3
2.1电路的整体分析 3
2.2DC-DC转化电路 3
2.3锂电池充电保护模组 4
2.4 本章小结 4
第三章 太阳能供电系统的研究与设计 5
3.1 太阳能电池的分析选用 5
3.2单晶硅太阳能电池的原理及工作方式 6
3.3太阳能电池的特性 7
3.4电池的选择 9
3.5蓄电池的研究与选用 9
3.6本章小结 10
第四章 太阳能移动电源控制电路的设计 11
4.1太阳能电池板稳压电路 11
4.2锂电池充电保护电路 12
4.3升压模块电路 13
4.4 本章小结 15
第五章多功能太阳能电源的实物展示及数据 16
5.1太阳能电池充电方式 16
5.2锂电池给负载供电 16
5.3实物的展示 17
结束语 19
参考文献 20
致谢 21
第一章引言
1.1研发太阳能电源的必要性及发展现状
日常生活中，我们常常会遇到这样的问题：旅游或者外出在外，手机或者笔记本电脑突然断电却没法及时充电，影响我们的使用，但是如果我们能够设计出一款能够在户外能够随时充电的移动式便携太阳能电源，那么我们在出差或者外出旅游的时候就能够及时的给我们的电子产品充电，进而不影响我们的使用。
同样的，在我们的生活之中，与我们接触最多的但往往却是最被人们忽略的能源是太阳能，这种能源在我们的身边可以说是无处不在，能源匮乏的现状督促着我们去发现和开发新的能源来供给我们日常的需求，随着科技的发展，太阳能的利用已经从太空之中慢慢地进入到我们的日常生活中，逐渐被我们所熟悉，慢慢被人们接受。太阳能作为一种可再生的无污染的清洁能源，在未来的发展前景上具有不可估量的地位。
1.2便携式移动太阳能电源所要达到的要求
通过设想所设计的便携式太阳能电源要有以下几个功能：1、能够实现对便携式移动设备达到充电的效果；2、便携式移动电源能够进行蓄电池的充电，并且能够实现不漏电的特点；3、能够稳定的进行充放电的控制。
1.3研究思路和技术方法
这种多功能便携式太阳能电源的设计首先要选择适合的材料的太阳能电池板作为供电材料，使用三块6V的太阳能电池板组装成18V的供电设备。稳压适用电路作为太阳能电池的电压调节器，下文将通过对电路图的解释来诠释稳压电路的组成以及达到的功能能够将太阳能转化成稳定的电能储存到蓄电池之中并且存储起来，可以供给负载使用。关于蓄电池的选择，将在下文对比铅蓄电池和锂电池的不同的特点选择蓄电池的种类，通过对比，本文将选用锂电池作为本设计的蓄电池来进行储能，从而设计出一款高效的多功能便携式太阳能电池。下文将单章解释以上所述。
1.4 本章小结
通过本章的所述，我们可以看到多功能便携式太阳能移动电源的设计主要分为两大模块重点是太阳能电池产生不稳定的电流进行DC-DC转化使其转化出来的电流能够稳定的供电，以及整体电路的设计和各部分组件的解析。
第二章多功能便携式电源整体结构
2.1电路的整体分析
下图为整个电路的图架结构4.1
如图所示，可以清晰的看出本设计的基本架构，本设计主要包括太阳能电池板、LM7805控制电路、锂电池以及其他一些负载等部件，从太阳能电源到控制电路，将太阳能转化的电能转化为稳定的5V的工作电压给蓄电池进行充电，在此过程之中，从太阳能转化出来的电能不仅能够给锂蓄电池进行充电，而且经过稳压电路的过滤，可以将稳压后的5V电压直接供给负载使用，这样本文所设计的多功能移动电源不仅能够在蓄电池情况下负载供电，也能够在蓄电池中没有电的情况下直接给负载供电，可以满足平时的需求。
2.2DC-DC转化电路
本文所选用的太阳能电池板为6V的太阳能电池板进行串联，因此所获得的电压在18V左右，而所选用的锂电池的电压则为3.7V，为了能够稳定的给电路进行供电和让电路能够正常的使用，本文将采用DC-DC转化模块进行稳压。太阳能电池在工作的过程中受到诸多环境的影响，使得太阳能电池本身并不能提供稳定的电压，由于本文选用的是18V的电压，将在整个电路之中加入一个降压模块来是电压稳定并能够给电池供电使用。而蓄电池的工作电压在3.7V，这对于一般的负载和设备来说工作电压显得有些小，因此本文将选用升压模块来讲3.7V的电压升压至5V来给用电设备使用。
2.3锂电池充电保护模组
本文中涉及到给蓄电池进行充电，因此为保证蓄电池能够稳定的充电，并且不发生意外，本文将选用锂电池充电保护模块来对锂电池的充放电进行保护，下文将具体介绍该充放电保护电路。
本文按照设计要求进行总体涉及方案的提出，从上述可以看出，本文主要研究了两个不同的模块，主要是进行太阳能电池的稳压及电压的转换，其次是进行锂电池充放电保护模块的研究。后续章节中将详细进行说明。
2.4 本章小结
本章简略的介绍了整个电路模组所需要的原件以及各个原件所设计的基本的原理，主要介绍了DC-DC转化以及锂电池保护电路模组的介绍。
第三章 太阳能供电系统的研究与设计
本论文主要是通过太阳能电池来进行对蓄电池的充电和对负载的直接供电，因此选择合适的太阳能电池将会直接影响整个电路的效率，目前来说经常用的有以下几种材料的太阳能电池，本章将通过对比，选择出合适材料的太阳能电池作为便携式太阳能电源的太阳能电池，这样不仅能够节约成本，也能够在最经济的条件下实现最高效率的光电转化效率。
3.1 太阳能电池的分析选用
太阳能电池可以按照使用材料、太阳能电池的形式、用途等不同进行分类。按照原料的不同可分为硅半导体太阳能电池、化合物半导体太阳能电池以及有机半导体太阳能电池等不同的种类。市场上常用的是硅半导体，因为硅半导体发电成本低、发电量大。硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。在此三种的硅类太阳能电池当中，单晶硅太阳能电池的光电转化效率是最高的，当前所能达到的最高的光电转化效率为24.7%（实际使用过程当中并不能达到），且上述太阳能电池等仍然占据在工业和商业发展的主导地位。多晶硅太阳能电池相对单晶硅太阳能电池来讲光电转化效率没有单晶硅高，但是在原料的价钱方面却低于单晶硅，当前最高的转化效率在18%左右，实际使用过程中光电转化效率在10%左右。成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其原料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的现实使用。
本文所讨论的便携式太阳能移动电源由于体积小所占用的材料并不是很多，且在户外使用需要较好的光电转化效率，终上所述，本文将选用单晶硅太阳能电池作为原材料供应，光电转换效率更高，与太阳能电池的稳定性较好，且在使用的过程中不容易发生损坏以及光电转化不良的现象。
单晶硅太阳能电池是由单晶硅上切下的晶圆制成，单晶硅锭是通过融化高度提纯的多晶硅块（如沙子或石英）和微量的硼制成的，一旦融化，就能将一个子晶浸入到硅和硼的溶液中。通过旋转籽晶可以将其缓慢拉出，在拉出的同时，溶液中的硅原子附着在籽晶上，从而将其晶体结构严格地进行了复制。时间越长，晶体生长越大，形成了最终的锭。锭的边缘通过修整，切割，形成方形或矩形的锭，最后制成超薄的晶圆，用于制造太阳能电池，修整切割过程中的废料通过重新的熔化，再次利用。单晶硅之所以受人关注，是因为单晶硅一年电池具有较高的效率，光电转换效率约为15％，具体的效率因制造商的不同而不同。单晶硅太阳能电池转换效率高，具有较强的稳定性，但同时也存在着一定的问题就是成本较高，因此在应用中受到了一定的限制，而多晶硅太阳能电池和薄膜电池正逐步广泛使用。
摘要
多功能移动式太阳能电源的研究与设计主要包括了两大部分：一、太阳能电池通过稳压电路使得太阳能电池输出稳定的电压，通过对稳压电路的设计使其能够获得稳定的输出电压，满足电压在所输出范围内使用。二、通过对太阳能电池的介绍清楚的认识到太阳能电池的具体分类以及不同种类的太阳能电池之间的对比来加深对太阳能电池的认识。
设计中通过太阳能电池板的效用的对比，本文选用0.8W的太阳能电池，工作电压为6V，工作电流为0.18A的单晶硅太阳能电池板。由于太阳能电板产生的直流电流随着环境因素的影响较大，尤其是光照强度、光谱响应和温度的影响，因此在设计的过程中通过DC-DC变换电路来对该问题进行处理。设计中本文选用LM7805稳压模块、TP4056锂电池充电保护模块以及3.7升压5V的升压模块来进行控制整个电路。蓄电池则通过对铅蓄电池和锂电池的对比，结合诸多优点，最终选择锂电池作为本文的储能电池。
查看完整论文请+Q: 3519,1607,2
关键字:太阳能电池单晶硅升降压模组锂电池充电保护
目录
第一章引言 1
1.1研发太阳能电源的必要性及发展现状 1
1.2便携式移动太阳能电源所要达到的要求 1
1.3研究思路和技术方法 1
1.4 本章小结 1
第二章多功能便携式电源整体结构 3
2.1电路的整体分析 3
2.2DC-DC转化电路 3
2.3锂电池充电保护模组 4
2.4 本章小结 4
第三章 太阳能供电系统的研究与设计 5
3.1 太阳能电池的分析选用 5
3.2单晶硅太阳能电池的原理及工作方式 6
3.3太阳能电池的特性 7
3.4电池的选择 9
3.5蓄电池的研究与选用 9
3.6本章小结 10
第四章 太阳能移动电源控制电路的设计 11
4.1太阳能电池板稳压电路 11
4.2锂电池充电保护电路 12
4.3升压模块电路 13
4.4 本章小结 15
第五章多功能太阳能电源的实物展示及数据 16
5.1太阳能电池充电方式 16
5.2锂电池给负载供电 16
5.3实物的展示 17
结束语 19
参考文献 20
致谢 21
第一章引言
1.1研发太阳能电源的必要性及发展现状
日常生活中，我们常常会遇到这样的问题：旅游或者外出在外，手机或者笔记本电脑突然断电却没法及时充电，影响我们的使用，但是如果我们能够设计出一款能够在户外能够随时充电的移动式便携太阳能电源，那么我们在出差或者外出旅游的时候就能够及时的给我们的电子产品充电，进而不影响我们的使用。
同样的，在我们的生活之中，与我们接触最多的但往往却是最被人们忽略的能源是太阳能，这种能源在我们的身边可以说是无处不在，能源匮乏的现状督促着我们去发现和开发新的能源来供给我们日常的需求，随着科技的发展，太阳能的利用已经从太空之中慢慢地进入到我们的日常生活中，逐渐被我们所熟悉，慢慢被人们接受。太阳能作为一种可再生的无污染的清洁能源，在未来的发展前景上具有不可估量的地位。
1.2便携式移动太阳能电源所要达到的要求
通过设想所设计的便携式太阳能电源要有以下几个功能：1、能够实现对便携式移动设备达到充电的效果；2、便携式移动电源能够进行蓄电池的充电，并且能够实现不漏电的特点；3、能够稳定的进行充放电的控制。
1.3研究思路和技术方法
这种多功能便携式太阳能电源的设计首先要选择适合的材料的太阳能电池板作为供电材料，使用三块6V的太阳能电池板组装成18V的供电设备。稳压适用电路作为太阳能电池的电压调节器，下文将通过对电路图的解释来诠释稳压电路的组成以及达到的功能能够将太阳能转化成稳定的电能储存到蓄电池之中并且存储起来，可以供给负载使用。关于蓄电池的选择，将在下文对比铅蓄电池和锂电池的不同的特点选择蓄电池的种类，通过对比，本文将选用锂电池作为本设计的蓄电池来进行储能，从而设计出一款高效的多功能便携式太阳能电池。下文将单章解释以上所述。
1.4 本章小结
通过本章的所述，我们可以看到多功能便携式太阳能移动电源的设计主要分为两大模块重点是太阳能电池产生不稳定的电流进行DC-DC转化使其转化出来的电流能够稳定的供电，以及整体电路的设计和各部分组件的解析。
第二章多功能便携式电源整体结构
2.1电路的整体分析
下图为整个电路的图架结构4.1
如图所示，可以清晰的看出本设计的基本架构，本设计主要包括太阳能电池板、LM7805控制电路、锂电池以及其他一些负载等部件，从太阳能电源到控制电路，将太阳能转化的电能转化为稳定的5V的工作电压给蓄电池进行充电，在此过程之中，从太阳能转化出来的电能不仅能够给锂蓄电池进行充电，而且经过稳压电路的过滤，可以将稳压后的5V电压直接供给负载使用，这样本文所设计的多功能移动电源不仅能够在蓄电池情况下负载供电，也能够在蓄电池中没有电的情况下直接给负载供电，可以满足平时的需求。
2.2DC-DC转化电路
本文所选用的太阳能电池板为6V的太阳能电池板进行串联，因此所获得的电压在18V左右，而所选用的锂电池的电压则为3.7V，为了能够稳定的给电路进行供电和让电路能够正常的使用，本文将采用DC-DC转化模块进行稳压。太阳能电池在工作的过程中受到诸多环境的影响，使得太阳能电池本身并不能提供稳定的电压，由于本文选用的是18V的电压，将在整个电路之中加入一个降压模块来是电压稳定并能够给电池供电使用。而蓄电池的工作电压在3.7V，这对于一般的负载和设备来说工作电压显得有些小，因此本文将选用升压模块来讲3.7V的电压升压至5V来给用电设备使用。
2.3锂电池充电保护模组
本文中涉及到给蓄电池进行充电，因此为保证蓄电池能够稳定的充电，并且不发生意外，本文将选用锂电池充电保护模块来对锂电池的充放电进行保护，下文将具体介绍该充放电保护电路。
本文按照设计要求进行总体涉及方案的提出，从上述可以看出，本文主要研究了两个不同的模块，主要是进行太阳能电池的稳压及电压的转换，其次是进行锂电池充放电保护模块的研究。后续章节中将详细进行说明。
2.4 本章小结
本章简略的介绍了整个电路模组所需要的原件以及各个原件所设计的基本的原理，主要介绍了DC-DC转化以及锂电池保护电路模组的介绍。
第三章 太阳能供电系统的研究与设计
本论文主要是通过太阳能电池来进行对蓄电池的充电和对负载的直接供电，因此选择合适的太阳能电池将会直接影响整个电路的效率，目前来说经常用的有以下几种材料的太阳能电池，本章将通过对比，选择出合适材料的太阳能电池作为便携式太阳能电源的太阳能电池，这样不仅能够节约成本，也能够在最经济的条件下实现最高效率的光电转化效率。
3.1 太阳能电池的分析选用
太阳能电池可以按照使用材料、太阳能电池的形式、用途等不同进行分类。按照原料的不同可分为硅半导体太阳能电池、化合物半导体太阳能电池以及有机半导体太阳能电池等不同的种类。市场上常用的是硅半导体，因为硅半导体发电成本低、发电量大。硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。在此三种的硅类太阳能电池当中，单晶硅太阳能电池的光电转化效率是最高的，当前所能达到的最高的光电转化效率为24.7%（实际使用过程当中并不能达到），且上述太阳能电池等仍然占据在工业和商业发展的主导地位。多晶硅太阳能电池相对单晶硅太阳能电池来讲光电转化效率没有单晶硅高，但是在原料的价钱方面却低于单晶硅，当前最高的转化效率在18%左右，实际使用过程中光电转化效率在10%左右。成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其原料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的现实使用。
本文所讨论的便携式太阳能移动电源由于体积小所占用的材料并不是很多，且在户外使用需要较好的光电转化效率，终上所述，本文将选用单晶硅太阳能电池作为原材料供应，光电转换效率更高，与太阳能电池的稳定性较好，且在使用的过程中不容易发生损坏以及光电转化不良的现象。
单晶硅太阳能电池是由单晶硅上切下的晶圆制成，单晶硅锭是通过融化高度提纯的多晶硅块（如沙子或石英）和微量的硼制成的，一旦融化，就能将一个子晶浸入到硅和硼的溶液中。通过旋转籽晶可以将其缓慢拉出，在拉出的同时，溶液中的硅原子附着在籽晶上，从而将其晶体结构严格地进行了复制。时间越长，晶体生长越大，形成了最终的锭。锭的边缘通过修整，切割，形成方形或矩形的锭，最后制成超薄的晶圆，用于制造太阳能电池，修整切割过程中的废料通过重新的熔化，再次利用。单晶硅之所以受人关注，是因为单晶硅一年电池具有较高的效率，光电转换效率约为15％，具体的效率因制造商的不同而不同。单晶硅太阳能电池转换效率高，具有较强的稳定性，但同时也存在着一定的问题就是成本较高，因此在应用中受到了一定的限制，而多晶硅太阳能电池和薄膜电池正逐步广泛使用。
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