小型汽车太阳能补电装置

来源 :发明与创新·中学生 | 被引量 : 0次 | 上传用户:FXH_590590
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  轿车已成为人们日常生活的重要代步工具,但不常用车时会遇到电瓶“亏电”的情况。针对这一问题,在父母和老师的帮助下,我做成了这个太阳能补电装置。
  一、材料准备
  通过对自家小车的实地测量,发现车在停用时耗电量约为20毫安,从而确定设计的太阳能补电量必须在50毫安以上(因为晚上还要消耗电能)。
  上网查找资料时,了解到太阳能电池板分单晶硅、多晶硅、非晶硅三类。单晶硅太阳能电池的光电转换率为15%左右,多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳能电池差不多,光电转换率约为12%。
  非晶硅太阳能电池是1976年出现的新型薄膜式太阳能电池,它与单晶硅和多晶硅太阳能电池的制作方法完全不同,硅材料消耗少,电耗更低。虽然目前光电转换效率偏低(国际先进水平为10%左右),但在弱光下有较好的表现。
  在强光下,单晶体式太阳能电池板较非晶体式虽能转化多达一倍以上的太阳能,但价格要贵两三倍以上,且阴天时非晶体式反而能收集到跟单晶体式几乎一样多的太阳能。所以,我决定使用非晶硅的太阳能电池板。
  除此之外,还选购了一个可用于电源降压和稳压的3R33DC- DC降、稳压模块。
  二、装置简介
  本装置利用非晶硅太阳能电池在弱光下有良好的发电性能,并通过DC-DC降、稳压模块调节输出、输入电流来实现。
  1.太阳能电池板
  将6块非晶硅太阳能电池板并联,各块的输出端串连一个肖特基二极管,利用肖特基二极管的导通压较小、损耗小这一优势,防止太阳能板之间产生涡流。电路如图1。
  2.DC-DC降、稳压模块
  为防止因阳光强烈而使太阳能电池板输出电压太高,损坏电瓶,我设计了这个主要由3R33模块改装成的DC-DC降、稳压模块,并在模块旁装了一个能测输入、输出电压的小电压表(如图2)。只要输出端电压调定,输入端电压就可以在高于输入端电压2V左右(不超过该模块的最高耐压25V)下任意变化。另外,为保护该模块,在输出端还串连了一个肖特基二极管防反流。
  经过多次试验发现,只要不是夏天中午的大太阳,太阳能电池板产生的电压、电流都不大,对充电电流可达几十安的汽车电瓶没什么影响,稳压模块可省去不用。这样能提高装置的充电效率——因为太阳能电池板内阻很大,而该模块的内阻很小,在弱光下电池板产生的电流小,大大降低了电池板的输出功率。通过反复测试得出,弱光下不用模块直接接电瓶充电的效果要好于接模块充电。
  3.充电输入方法
  在车上,太阳能电池板的充电电流有两种输入模式:一是通过点烟器孔为车辆输入充电电流;二是通过后备箱照明灯处(照明灯的开关不受车钥匙的控制,只受后备箱盖开关的控制)输入充电电流。方法一较简单,但有的车拔出车钥匙后点烟器电源就断开了,要通过方法二给电瓶充电。
  4.太阳能电池板放置位置
  太阳能电池板对弱光有较好的转换效能,因此可置于车后挡风玻璃下,也可放在车外的后备箱上。
  5.测试
  我对自家1.6排量的小汽车停车时的耗电量进行测量,发现只有二十多毫安。太阳能电池板放在车后挡风玻璃下,车停在车库内,车尾朝北,实测充电电流也在几十毫安左右;放在车外的后备箱上(没有阳光直射),充电电流可达一百多毫安。
  如果车库在向阳面,车尾朝南,或把太阳能电池板放在车外,充电电流更大。车子露天停放时,十月的大晴天充电电流可达五百多毫安。
  三、创新点
  1.保护电瓶。众所周知,铅酸电池若长期处于缺电状态,电池的极板会加速硫化,储电性能大大降低,寿命也会缩短。装上电池板后,车停时补充电能,从而保护电瓶。
  2.电瓶亏电时,将这个装置放在太阳底下几个小时,即可完成充电。
  3.夏天车内温度较高时,可利用该装置产生的电驱动车上的外循环风扇,使车内外的空气流通,降低车内温度。
  4.太阳能发电减少了车的燃油用量,利于环境保护。
  另外,由于该装置的DC-DC降、稳压模块的输出电压是可调的,平时还可以给18V以下的小型用电器供电。
  今后,我打算做一块由多晶硅和非晶硅共同组成的太阳能电池板。这样使得在弱光下,非晶硅发挥它的强项;在强光下,多晶硅又发挥它的强项,储存的电量就更多了。(指导老师:匡昭泽)
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