小型汽車太陽能補(bǔ)電裝置

文 湖南省常德市臨澧縣第一中學(xué)高一朱晉葶

轎車已成為人們?nèi)粘Ｉ畹闹匾焦ぞ?，但不常用車時(shí)會(huì)遇到電瓶“虧電”的情況。針對(duì)這一問題，在父母和老師的幫助下，我做成了這個(gè)太陽能補(bǔ)電裝置。

一、材料準(zhǔn)備

通過對(duì)自家小車的實(shí)地測(cè)量，發(fā)現(xiàn)車在停用時(shí)耗電量約為20毫安，從而確定設(shè)計(jì)的太陽能補(bǔ)電量必須在50毫安以上（因?yàn)橥砩线€要消耗電能）。

上網(wǎng)查找資料時(shí)，了解到太陽能電池板分單晶硅、多晶硅、非晶硅三類。單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換率為15%左右，多晶硅太陽能電池的制作工藝與單晶硅太陽能電池差不多，光電轉(zhuǎn)換率約為12%。

非晶硅太陽能電池是1976年出現(xiàn)的新型薄膜式太陽能電池，它與單晶硅和多晶硅太陽能電池的制作方法完全不同，硅材料消耗少，電耗更低。雖然目前光電轉(zhuǎn)換效率偏低（國際先進(jìn)水平為10%左右），但在弱光下有較好的表現(xiàn)。

在強(qiáng)光下，單晶體式太陽能電池板較非晶體式雖能轉(zhuǎn)化多達(dá)一倍以上的太陽能，但價(jià)格要貴兩三倍以上，且陰天時(shí)非晶體式反而能收集到跟單晶體式幾乎一樣多的太陽能。所以，我決定使用非晶硅的太陽能電池板。

除此之外，還選購了一個(gè)可用于電源降壓和穩(wěn)壓的3R33DC-DC降、穩(wěn)壓模塊。

二、裝置簡(jiǎn)介

本裝置利用非晶硅太陽能電池在弱光下有良好的發(fā)電性能，并通過DC-DC降、穩(wěn)壓模塊調(diào)節(jié)輸出、輸入電流來實(shí)現(xiàn)。

1.太陽能電池板

將6塊非晶硅太陽能電池板并聯(lián)，各塊的輸出端串連一個(gè)肖特基二極管，利用肖特基二極管的導(dǎo)通壓較小、損耗小這一優(yōu)勢(shì)，防止太陽能板之間產(chǎn)生渦流。電路如圖1。

圖1

2.DC-DC降、穩(wěn)壓模塊

為防止因陽光強(qiáng)烈而使太陽能電池板輸出電壓太高，損壞電瓶，我設(shè)計(jì)了這個(gè)主要由3R33模塊改裝成的DC-DC降、穩(wěn)壓模塊，并在模塊旁裝了一個(gè)能測(cè)輸入、輸出電壓的小電壓表（如圖2）。只要輸出端電壓調(diào)定，輸入端電壓就可以在高于輸入端電壓2V左右（不超過該模塊的最高耐壓25V）下任意變化。另外，為保護(hù)該模塊，在輸出端還串連了一個(gè)肖特基二極管防反流。

圖2

經(jīng)過多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，只要不是夏天中午的大太陽，太陽能電池板產(chǎn)生的電壓、電流都不大，對(duì)充電電流可達(dá)幾十安的汽車電瓶沒什么影響，穩(wěn)壓模塊可省去不用。這樣能提高裝置的充電效率——因?yàn)樘柲茈姵匕鍍?nèi)阻很大，而該模塊的內(nèi)阻很小，在弱光下電池板產(chǎn)生的電流小，大大降低了電池板的輸出功率。通過反復(fù)測(cè)試得出，弱光下不用模塊直接接電瓶充電的效果要好于接模塊充電。

3.充電輸入方法

在車上，太陽能電池板的充電電流有兩種輸入模式：一是通過點(diǎn)煙器孔為車輛輸入充電電流；二是通過后備箱照明燈處（照明燈的開關(guān)不受車鑰匙的控制，只受后備箱蓋開關(guān)的控制）輸入充電電流。方法一較簡(jiǎn)單，但有的車拔出車鑰匙后點(diǎn)煙器電源就斷開了，要通過方法二給電瓶充電。

4.太陽能電池板放置位置

太陽能電池板對(duì)弱光有較好的轉(zhuǎn)換效能，因此可置于車后擋風(fēng)玻璃下，也可放在車外的后備箱上。

5.測(cè)試

我對(duì)自家1.6排量的小汽車停車時(shí)的耗電量進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)只有二十多毫安。太陽能電池板放在車后擋風(fēng)玻璃下，車停在車庫內(nèi)，車尾朝北，實(shí)測(cè)充電電流也在幾十毫安左右；放在車外的后備箱上（沒有陽光直射），充電電流可達(dá)一百多毫安。

如果車庫在向陽面，車尾朝南，或把太陽能電池板放在車外，充電電流更大。車子露天停放時(shí)，十月的大晴天充電電流可達(dá)五百多毫安。

三、創(chuàng)新點(diǎn)

1.保護(hù)電瓶。眾所周知，鉛酸電池若長期處于缺電狀態(tài)，電池的極板會(huì)加速硫化，儲(chǔ)電性能大大降低，壽命也會(huì)縮短。裝上電池板后，車停時(shí)補(bǔ)充電能，從而保護(hù)電瓶。

2.電瓶虧電時(shí)，將這個(gè)裝置放在太陽底下幾個(gè)小時(shí)，即可完成充電。

3.夏天車內(nèi)溫度較高時(shí)，可利用該裝置產(chǎn)生的電驅(qū)動(dòng)車上的外循環(huán)風(fēng)扇，使車內(nèi)外的空氣流通，降低車內(nèi)溫度。

4.太陽能發(fā)電減少了車的燃油用量，利于環(huán)境保護(hù)。

另外，由于該裝置的DC-DC降、穩(wěn)壓模塊的輸出電壓是可調(diào)的，平時(shí)還可以給18V以下的小型用電器供電。

今后，我打算做一塊由多晶硅和非晶硅共同組成的太陽能電池板。這樣使得在弱光下，非晶硅發(fā)揮它的強(qiáng)項(xiàng)；在強(qiáng)光下，多晶硅又發(fā)揮它的強(qiáng)項(xiàng)，儲(chǔ)存的電量就更多了。