小型汽車太陽能補電裝置

朱晉葶

轎車已成為人們日常生活的重要代步工具，但不常用車時會遇到電瓶“虧電”的情況。針對這一問題，在父母和老師的幫助下，我做成了這個太陽能補電裝置。

一、材料準備

通過對自家小車的實地測量，發現車在停用時耗電量約為20毫安，從而確定設計的太陽能補電量必須在50毫安以上（因為晚上還要消耗電能）。

上網查找資料時，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，光電轉換率約為12%。

非晶硅太陽能電池是1976年出現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。雖然目前光電轉換效率偏低（國際先進水平為10%左右），但在弱光下有較好的表現。

在強光下，單晶體式太陽能電池板較非晶體式雖能轉化多達一倍以上的太陽能，但價格要貴兩三倍以上，且陰天時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，還選購了一個可用于電源降壓和穩壓的3R33DC- DC降、穩壓模塊。

二、裝置簡介

本裝置利用非晶硅太陽能電池在弱光下有良好的發電性能，并通過DC-DC降、穩壓模塊調節輸出、輸入電流來實現。

1.太陽能電池板

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

2.DC-DC降、穩壓模塊

為防止因陽光強烈而使太陽能電池板輸出電壓太高，損壞電瓶，我設計了這個主要由3R33模塊改裝成的DC-DC降、穩壓模塊，并在模塊旁裝了一個能測輸入、輸出電壓的小電壓表（如圖2）。只要輸出端電壓調定，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，為保護該模塊，在輸出端還串連了一個肖特基二極管防反流。

經過多次試驗發現，只要不是夏天中午的大太陽，太陽能電池板產生的電壓、電流都不大，對充電電流可達幾十安的汽車電瓶沒什么影響，穩壓模塊可省去不用。這樣能提高裝置的充電效率——因為太陽能電池板內阻很大，而該模塊的內阻很小，在弱光下電池板產生的電流小，大大降低了電池板的輸出功率。通過反復測試得出，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（照明燈的開關不受車鑰匙的控制，只受后備箱蓋開關的控制）輸入充電電流。方法一較簡單，但有的車拔出車鑰匙后點煙器電源就斷開了，要通過方法二給電瓶充電。

4.太陽能電池板放置位置

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

5.測試

我對自家1.6排量的小汽車停車時的耗電量進行測量，發現只有二十多毫安。太陽能電池板放在車后擋風玻璃下，車停在車庫內，車尾朝北，實測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，十月的大晴天充電電流可達五百多毫安。

三、創新點

1.保護電瓶。眾所周知，鉛酸電池若長期處于缺電狀態，電池的極板會加速硫化，儲電性能大大降低，壽命也會縮短。裝上電池板后，車停時補充電能，從而保護電瓶。

2.電瓶虧電時，將這個裝置放在太陽底下幾個小時，即可完成充電。

3.夏天車內溫度較高時，可利用該裝置產生的電驅動車上的外循環風扇，使車內外的空氣流通，降低車內溫度。

4.太陽能發電減少了車的燃油用量，利于環境保護。

另外，由于該裝置的DC-DC降、穩壓模塊的輸出電壓是可調的，平時還可以給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，非晶硅發揮它的強項；在強光下，多晶硅又發揮它的強項，儲存的電量就更多了。（指導老師：匡昭澤）