太阳能手机充电器

利用太阳能为便携式电子产品充电

摘要：随着社会的发展和进步，石油和煤碳、天然气等不可再生能源濒临告捷，同

时这些能源消耗过程中的排放造成巨大的环境污染，给人类的生存带来巨大压力。因此风能、太阳能等清洁能源越来越受到人们的青睐。本文所述之研究就是为了节省有限能源，利用清洁能源而做的太阳能充电器。

关键词：太阳能；充放电速率；稳压；最佳倾角；

一、功率计算

随着便携式电子产品的普及和技术的进步。对电池的容量要求越来越高。锂电池以其轻便、安全、容量大等优点被应用于绝大部分的便携式电子产品中。比如手机、相机、平板电脑、游戏机、对讲机、ＭＰ3、ＭＰ4、ＩＰＡＤ等。因此大容量的锂电池不断涌现。现阶段我们使用的手机电池的容量普遍在2000~4000mAH。与此同时，人们又希望充电速度快，ＯＰＰＯ手机就做出了“充电一分钟通话两小时”的广告。事实证明，快速充电对电池的使用寿命是不利的。并且具有安全隐患，容易引起电池爆炸。那么以多大的电流为电池充电较为合适呢？现引入“充放电速率”的概念。用来表示电池充放电时电流大小的比率，即速率。用字母Ｃ表示。如1200mAh的电池，0.2C表示240mA（1200mA的0.2倍），1C表示1200mA （1200mA的1倍）。充放电效率也与C（速率）相关，在0.2C条件下，聚合物锂电池的充放电效率应该在99.8%。充放电效率=放电容量/充电容量×100%。多大的充电电流算是合适的?理论上越小对电池越有好处。但你总不能为了一块电池充电等三天吧。国标规定的低倍率充电是0.2C。

冬天阳光温暖，夏日阳光爆烈，天气或阴或晴，因此太阳能电池板所能提供的电压和电流并不稳定，因此需在太阳能电池板和手机之间增加稳压电路。本人采用的是成品太阳能稳压电路。输入电压范围是5～20V，输出电压是5V。峰值电流是2A。转换效率按80%计算。

本人所用的手机电池容量是2300mAH，以0.2C的充电速率充电，其电流为2300*0.2＝460mA 所需功率为460 mA *5V＝2.3W

按照太阳能电池板参数计算：太阳能电池板厂家提供的参数：外形尺寸270mm*175mm，实际受光面积是250*160＝4万平方毫米。工作电压6V，开路电压7.4V，工作电流1A，短路电流1.1A，最大功率6W。由以上参数可知手机充电需要2.3W功率，太阳能电池板能提供6W功率，用此太阳能电板板为我的手机充电能够满足要求。但是，厂家提供的参数是在什么条件下测得的呢？是在光普为AM1.5，辐射强度为1000瓦每平米，温度为25摄氏度的条件下测得的。实际应用中不一定是这个条件。因此需按照太阳辐射强度进行计算。

德州地处北纬37.45度，东经116.3度，海拔22米。春分日（3月20日前后）上午十时至下午14时水平面上的太阳辐射强度大于等于550W/m2。秋分日（9月20日前后）上午十时至下午14时水平面上的太阳辐射强度大于等于550W/m2。太阳能电池板的光电转换率按15%计算，稳压器的转换效率按80%计算，那么在以上时段中太阳能电池板能够提供给手机的功率是550W/m2*0.04 m2*15%*80%＝2.64W。大于2.3W，能够满足为手机充电的要求。

在春分和秋分时节能够满足要求，也就是说在半年时间内的睛天日都能够满足使用要求。预计此充电装置一年内有半年的时间能够得到应用，每天自上午10时至下午14时使用效果较好。

二、实验

2017年7月27日，时节已过大暑，尚未立秋，星期日，微风轻抚，碧空万里。笔者于11点20分开始为手机充电，其时显示电量为48%，12点08分再去观察，电量已充至71%。

三、最佳倾角计算

如果不采用太阳追踪系统，那么太阳能电池板以什么角度放置效果最佳。在炎炎夏日的正午，太阳能电池板很容易满足使用要求。最佳倾角就是在春分日和秋分日的上午十点和下午14点，让阳光直射太阳能电池板。经计算这四个时刻的太阳高度角大约是43度。（用太阳高度角在线计算程序算得）。也就是让太阳能电池板与水平面的夹角呈47度，这就是最佳倾角。

四、结论

此充电装置经实际验证，能够为便携式电子产品的电池充电，且效果较好，能够节约市电，为“节能降耗、减排治污”做出贡献。更重要的是解决了远郊旅游、野外探险等情况下的电子产品用电问题。

参考文献：

（1）《全国主要城市太阳辐射强度表》

（2）《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》GB31241-2014