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李育献:利用太阳能的手机充电器·1·
利用太阳能的手机充电器

(师范学院物理系物理教育李育献)
(学号 2001124131)

摘要:本文介绍了太阳能手机充电器的组成,分析了太阳电池的特性,提出了获取最大
功率的恒压跟踪方法,设计了相应的控制电路,给出了确定手机充电器设计参数的依据及计算方
法,并对设计的充电器进行了测试。
关键词:太阳能太阳电池蓄电池充电器控制电路
教师点评:本文在对目前光伏发电系统进行综述和分析的基础上,指出了现有光伏发电系统
存在的一些问题,通过对太阳电池的特性的分析,提出了获取最大功率的恒压跟踪方法,并设计
了相应的控制电路;针对手机的充电,给出了充电器的设计参数及计算方法,完成了充电器的电
路设计并进行了测试。(点评教师:赵绪新副教授)

引言
太阳能光伏发电是太阳能利用的主要形式之一,五十年代,光伏电池已经用于空间飞船了,
地面应用则是从七十年代开始发展,近年来,随着太阳能光伏发电产业的迅速发展,光伏应用的
领域正在逐渐扩大,各种光伏新产品不断涌现。诸如太阳能路灯、太阳能充电器、太阳能电话机、
太阳能计算器等。由于这些产品使用的是太阳能,因而具有很多优点:安全可靠,维护方便;不
需要常规能源,不污染环境;不用连接公共电网,需要时还可以移动位置,灵活方便。所以自从
实用性硅太阳能电池问世以来,世界上很快就开始了太阳能光伏发电的应用均年增长率为 20%,1998 年世界太阳能电池组件生产量为 155MW,2000年增长到
288MW,2002 年达到 540MW[1]。
这些产品基本的工作原理是光伏发电原理,通过太阳电池的光伏效应,把太阳能变为直流电
能。但就产品的性能而言,还存在许多问题有待进一步研究。如太阳电池功率较小,而且受气候
条件的影响,存在非线性特性,在作充电电源时,难以输出稳定的电压。
本文研究的太阳能手机充电器将在分析太阳电池、负载特性的基础上,采用合理的控制方法,
实现太阳电池和负载的优化组合,输出稳定的直流电压。
一太阳能充电器的组成
太阳能手机电池是由太阳能光电池、蓄电池、控制电路三个部分组成,太阳电池是一种半导
体器件,通过光伏效应,把太阳能转变成直流电能。一般而言需要蓄电池作为储能装置。当发电
量大于负载需求时,太阳电池通过充电器对蓄电池充电,当发电量不足时,太阳电池和蓄电池同
时对负载供电。
光伏充电系统如图 1 所示。



PV 阵列 DC/DC
充电器


图 1 光伏充电系框图

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李育献:利用太阳能的手机充电器·2·
二太阳电池的工作特性及其控制电路
1、太阳电池的工作特性
图 2 为太阳电池的工作特性曲线图[2]。由图可知,太阳电池的工作特性为一组非线性曲线,
A、B、C、D、E 点为不同日照下最大输出功率点,并且对应输出最大功率点处的电压值在不同
日照下基本不变,根据这一特点,采用恒压跟踪方式,利用简单的硬件电路基本上就可以实现太
阳电池的输出功率为最大;同时由图 2 可知,当蓄电池过充时只要使太阳电池工作在开路状态就
可以实现过充保护。

图 2、太阳电池的工作特性
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