太阳能电池设计方案作业

编号：

审定成绩：

重庆邮电大学

课程设计（论文）

设计（论文）题目：太阳能电能收集充电器

学院名称：通信与信息工程学院

学生姓名：杨海，张强，马超，殷亮，余凌霄

专业：电子信息工程（通信技术方向）

班级：3100801

指导教师：刘乔寿

答辩组负责人：

填表时间：2011 年12 月重庆邮电大学教务处制

【摘录】本文通过对电路设计的总体要求的把握和理解，在充分理解性能及设计要求指标的基础上，对元器件的选择做了比对和较为细致的研究，阐述了电路设计中对于升降压电路的选取带来的不同性能，从综合性比较的角度上，得出了自动切换升降压方案在性能，经济成本，适用范围，可操作性等方面相对更优性，并通过最后的测试方案在误差范围内验证了设计方案，完成了课程设计任务。

在具体设计过程中，主要使不同强度的太阳光所产生的不同大小电压，通过可编程输出电压的相关芯片，如TPS61200,LM317等芯片调整出适当的输出电压，使其符合锂电池充电所需的4.2V并且尽可能的稳定。

本系统的供电电源转换分为升压和降压两部分，升压部分是一节干电池作为供电电源，通过升压电路转换为可为手机充电的电压，降压部分是由太阳能电池板作为供电电源，通过降压电路之后转换为可为手机电池充电的电压。

【关键词】自动切换升降压方案综合性比较测试方案验证稳定性

目录

前言 (1)

第一章太阳能概述及应用 (2)

1.1 太阳能电池发展历史及趋势 (2)

1.1.1 发展历史简介 (2)

1.1.2 发展趋势预测 (3)

第二章电路设计总体方案概述 (4)

2.1 方案一降压电路方案概述 (4)

2.1.1 电路设计的原理 (4)

2.1.2 设计的主要器件选择 (4)

2.2. 方案二升压后降压方案概述 (4)

2.2.1 电路设计的原理 (5)

2.2.2 电路设计的主要器件选择 (5)

2.3 方案三自动切换升降压电路概述 (5)

2.3.1 电路设计的原理 (5)

2.3.2 电路设计的主要器件选择 (5)

第三章电池设计具体方案分析与讨论 (6)

3.1 降压电路具体设计探讨 (9)

3.2 升压后降压方案具体设计探讨 (12)

3.3 自动切换升降压电路具体设计探讨 (15)

3.4 本章小结 (16)

第四章设计实际测试结果分析 (16)

4.1 关于模拟测试的探讨与结果分析 (16)

4.1.1 模拟测试与实际充放电的区别与共性 (17)

4.1.2 测试的具体方法讨论 (17)

4.2 实际测试数据探讨与对比 (18)

4.2.1 测试模型的选取 (18)

4.2.2 实际测试数据分析 (19)

第五章设计方案成果总述 (19)

5.1 测试方案与设计方案的对比 (20)

5.1.1 性能参数与成本综合对比 (20)

5.1.2 关于对比差异的分析和思考 (21)

5.2 关于本次设计的心得和体会 (21)

结论 (21)

致谢 (22)

参考文献 (22)

附录 (22)

一、英文原文 (23)

二、英文翻译 (24)

三、工程设计图纸 (25)

三、实验数据 (26)

五、其他 (27)

前言

电池行业是21世纪的朝阳产业，自1954年BELL实验室研发出第一个单晶硅太阳能电池，效率为6%，自此开启了太阳能电池的新纪元。硅系太阳能电池从单晶，多晶硅发展到非晶硅，从块状发展到薄膜，实现第一代到第二代的转换。

20世纪后期，各种化合物薄膜电池兴起，呈欣欣向荣的局面，有机薄膜电池也不甘寂寞，在沉寂了数年之后也重新焕发了生机

太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现以体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P－N结。当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。

具体到设计而言，在老师的指导和帮助下，我们首先确定了太阳能充放电电路的大致模型，了解了升降压电路在太阳能电池设计中的作用，大致明确了各功能模块

我们的课程设计正是基于此上，通过对芯片的选取，电路的设计比较，在多种方案中进行对比选优，并通过模拟仿真测试手段，完成该课程设计。

最后因水平有限，同时编写时间也比较仓促，因而教材中一定存在不妥之处，希望老师提出批评和指正

第一章太阳能概述及其应用

第一节太阳能电池发展历史及趋势

1.1.1 发展历史简介

太阳能电池又称光伏电池，是一种能有效地吸收太阳辐射能，并使之转变成电能的半导体器件。它可单独地作为光探测元件，例如在照像机中使用，主要是经过串联和并联，以获得所需的电压及电流来作为供电电源使用。太阳电池的外观就如一张薄的卡片或一片薄的玻璃片一样，与普通电池外观不同，它自身也不能储存电能，即没以有光时就不发电，如果晚上要用它，就要与蓄电池配合使用。

太阳能光伏发电，可视为迄今为止最美妙、最长寿和最可靠的发电技术。与太阳能发电相比，它另涉及半导体器件，既无运动部件，又无流动工质，因此，避免了机械维修和工质腐蚀的问题,是可再生能源和可持续发展的可靠能源。

硅太阳电池的发展，始于1954年在,美国贝尔研究所试制成功，次年便被用做电信装置的电源，1958年又被美国首次应用和于“先锋1号”人造卫星。宇宙开发极大地促进了太阳电池的开发。与此同时，地面用太阳电池的研究也在不断开展，特别是1973年的能源危机，又大大加速了地面太阳电池的发展。许多国家为开发、利用太阳能电池，为阳光发电的研究投入了相当数量的资金。迄今为止翱翔于太空的成千个飞行器中，大多数都配备了太阳能电池系统。第一颗人造卫星上天，是光伏技术开发利用的起点，经过近五十年的发展，它已形成一门新的光伏科学与光伏工程。无论是在宇宙飞行中的应用，还是作为地面发电系统的应用，从开发速度、技术成熟性和应用领域来看，光伏技术都是新能源中的佼佼者。

光伏发电具有许多优点：如：安全可靠、无噪声、无污染、能量随处可得，不受地域限制，无须消耗燃料，无机械转动部件，故障率低，维护简便，可以无人值守，建站周期短，规模大小随意，无须架输电线路，可以方便地与建筑物相结合等，这些优点都是其它发电方式所不及的。

1.1.2 发展趋势预测

目前，全球太阳能电池市场竞争激烈，欧洲和日本领先的格局已被打破。尽管主要的销售市场在欧洲，但太阳能电池的生产重镇已经转移到亚洲。2010年，在光伏市场带动下，全球光伏电池产量持续增长，达到21GW，比2009年增长了一倍。