玻璃幕墻太陽能USB插座

陳瑞霞

作為地球上三大化石能源的直接能量來源，太陽能以其儲量豐富、清潔無污染和不受地域限制而備受全球科研工作者和政府機構的青睞。

目前，太陽能的主要利用形式有光熱利用、光化學利用和光伏利用，光伏利用應用方式靈活，既可建設成光伏電站接入大電網，也可實現光伏建筑集成供本地負載。

隨著城市人口的激增、土地的過度開發，建筑逐步向高層和超高層發展。玻璃幕墻以其晶瑩剔透、輕巧美觀、耐候性好、密封性佳、安裝方便、維護簡便等諸多優點而成為高層建筑和超高層建筑的最佳外圍護結構。

然而，大面積的玻璃幕墻將輻射的太陽能反射回去，如何合理將太陽能和大城市中的玻璃幕墻相結合，使其成為能提供太陽能的巨型電池，應是城市規劃設計者和每個人關注的問題。

一、玻璃幕墻太陽能USB插座設計

玻璃幕墻建筑因其標準化、工業化以及不同于傳統建筑的美學呈現，迎合了中國快速城市化的需要，從而得到大力發展。到21世紀初，中國已有玻璃幕墻兩億平方米，占全世界85%，成為世界第一玻璃幕墻出產和使用大國。與此同時，過去短短數年間，中國光伏產業牢牢掌控了65%的光伏產能和60%的全球市場份額。

光伏建筑集成以其高效、經濟、環保等諸多優點而廣受關注，并在低碳環保城市建設中被寄予厚望。然而，光伏建筑一體化存在的高造價、低穩定性限制了它與個體生活距離的拉近。

為此，我設計了太陽能USB插座。該插座體積小巧，方便攜帶，將插座吸盤吸附在任意一塊有陽光照射的玻璃上就可實現充電。

在插座緊貼玻璃幕墻一側，嵌入一塊太陽能電池板，電池板吸收太陽光子能量并轉換為電能，用戶連接上適配的電子設備即可實現供電。為了增強該插座的適用性，本方案選擇USB接口作為充電接口。

二、輸出電壓調節控制系統

插座太陽能電池板產生的電能隨日照和溫度條件變化，為了給移動設備提供穩定的充電電壓，在太陽能USB插座內置了一個電子式調壓裝置。

如圖2所示，輸出電壓調節控制系統由Buck變換器及其控制系統組成。輸入輸出電阻分壓采樣接收當前太陽能電池板輸出電壓和插座輸出電壓，經A/D采樣送入微控制器進行電壓調節控制。

微控制器依據設定輸出電壓及Buck變換器輸入輸出電壓計算得出電子開關管通斷時間，經驅動放大控制電子開關管通斷，以此調節輸出電壓幅值。

為降低該太陽能USB插座的復雜性和體積成本，太陽能電池板輸出電壓經三端穩壓器調節后為微控制器供電，而驅動放大電路直接由太陽能電池板供電。所以，要求配置的太陽能電池板最大功率點電壓為USB充電接口輸出電壓的1.5倍至2倍，以保證電壓調節控制系統正常運行。此外，該輸出電壓調節控制系統還可由專用集成控制芯片實現。

三、總結

本文提出了一種玻璃幕墻太陽能USB插座創意方案，該方案除了節能環保、為廣大移動設備用戶提供持續而方便的電源外，還有望讓我們的生活真正走進綠色能源時代。