小型汽车太阳能补电装置

文 湖南省常德市临澧县第一中学高一朱晋葶

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。

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。

图2

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。