图解如何制作太阳能供电板

本帖最后由 eehome 于 2013-1-5 09:49 编辑

利用手头上的两块太阳能电池板DIY一个微型太阳能供电系统，模拟现代化太阳能电源，同时也可以用它给一些小装置供电玩玩。

太阳能电源的基本原理是：平时将收集到的光能转化为电能储存起来，在开启负载时就释放储存起来的电能。典型的太阳能电源的例子就是太阳能路灯：在白天有阳光照射时便为蓄电池充电，夜晚就通过蓄电池向灯泡（现多为低功耗高亮LED）供电用以照明。许多城市主干道路灯已开始使用这种太阳能电源。一个实际的太阳能电源是比较复杂的，但不管有多么复杂，其原理是万变不离其宗的。当然，我们制作一个微型的太阳能电源没有必要做得那么复杂。

太阳能供电板的原理及设计

在了解了实际的太阳能电源后，笔者就开始设计太阳能供电板了，我的整体思路是：通过太阳能电池板给1.2V可充电电池充电储能，然后利用升压电路将1.2V升压至3V以上供负载使用。有人可能会说了：为什么不直接用几节充电电池串联来储能和输出呢，这样不就可以省略升压电路了？为什么中间要转这么一道弯呢？因为我们是要用太阳能电池板来给电池充电的，毕竟太阳能电池板产生较高电压的机会不多，电池自身电压过高后会导致充电无法进行。对于我手头的这一种太阳能电池板，在室内靠窗光线比较好的地方输出电压便可达到1.2伏以上（连接在电路中时，非空载状态下），这样就开始给额定电压为1.2V的电池充电了，但如果要使它输出3V以上的电压就恐怕要拿到太阳底下去了。用一节电池储能的好处就是可以大大降低充电对光强的要求，延长给电池充电的时间。
太阳能供电板的电路如图1所示。由D1、BT构成系统的太阳能充电电路。平时，只要达到一定光强，太阳能电池板便通过二极管D1为充电电池BT充电，直至饱和。除了太阳能充电方式外，我还设计了备用的外部直流电源充电接口以防不时之需。外部充电电路由R1、DS1、D2、BT构成，R1选用功率为1W的电阻，当R1为10欧姆的时候，最佳外部充电电压为3-4伏，DS1为外部充电指示灯，它是利用电阻R1上的压降来点亮的。后面的升压电路是运用间歇振荡器的快速关断（截止）的特性而实现升压的。S1为供电开关，当S1闭合后升压电路开始工作，太阳能供电板便可驱动负载，J1为输出接口，DS2是输出指示灯。

元器件选择

市售的太阳能电池板的价格普遍较高，但我们没有必要去买很大的太阳能电池板，适中即可。经实测，笔者在本制作中使用的太阳能电池板单个的开路电压可达到4.2V，短路电流可达38mA。整个系统是在万用电路板（俗称“洞洞板”）上搭建的，所以需要准备一块万用电路板。图2是准备好的两块太阳能电池板和洞洞板。电池选用一颗额定电压为1.2V的普通5号镍氢充电电池即可。升压电路可以使用单电池高亮LED手电筒里面现成的升压电路板。笔者就是拆的一支废弃的单电池高亮LED手电筒里面的升压电路板。如需自己做，电感T1用Φ0.4mm的漆包线在Φ8mm的小磁环上分别绕15圈和9圈，小磁环可以从废弃节能灯中拆出，二极管IN5819若找不到可用IN4148代用，C1选用100uF的钽电容，如果没有也可用等值电解电容代替，只是效率稍低一些。
制作过程

首先剪一小段金属丝焊接在太阳能电池板的两个电极上作为引脚（图3），以便于连接和固定在电路板上。两块太阳能电池板是正极对正极，负极对负极（上面有标识）并联起来使用的，这样可以有效地增强太阳能电池板提供电流的能力。安装好太阳能电池板后如图4所示。

安装储能用的充电电池，也可以采取图3所示的方式将电池正负端连接至电路板，也就是在电池两极焊上引脚固定至电路板，为了稳定，可以用带尖的金属工具在电路板上钻孔后再用尼龙捆扎带加固（图5）。

接下来把在废旧单电池高亮LED手电筒里拆下来的小块升压电路板连接在电路板上。拆下来的升压电路板中连接电池的2根线正极接图1中的a点，负极接b点；连接LED灯的两根线正极接c点，负极接d点即可。笔者制作时，升压电路板是通过杜邦排针与下面的主电路板板连接的（图6），这个你可以采取自己的方法，只要便于制作就行。如果是自己做升压电路，直接在洞洞板上走线即可，元器件选择在上文已有详细说明，不再复述。电路不复杂，你可以在洞洞板上自由发挥。

图7是制成后的太阳能供电板，制成后就可以给一些小东西供电了，比如手电筒、收音机之类的。接几个白色高亮LED，就成为一个太阳能LED手电筒，图8是太阳能供电板点亮高亮LED的情景。

由于制作时没有考虑到体积问题也缺乏这方面的经验，电路板选择得有点大也没做外壳，很不便于携带，所以希望爱好者在制作时发挥想象力，将外形设计得精致小巧，使之在美观的同时更加便于携带，增加实用性。