太阳能手机充电器应用与前景.doc
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1、目 录摘 要11 概述11.1 太阳能光伏应用的概况21.2 太阳能电池板工作原理、分类及特性21.3 太阳能手机充电器原理42 无线充电技术62.1 无线充电技术的发展历史62.2 无线充电技术发展现状72.3 无线充电技术比较72.4 无线充电技术与太阳能电源的结合93 太阳能充电装置的应用104 太阳能充电器与无线充电技术的展望12结束语13参考文献13致谢13作者简介14广西师范学院2013届本科毕业论文太阳能手机充电器应用与前景 摘 要世界能源的短缺与环境污染问题的日益突出使得充分开发和利用太阳能成为世界各国可持续发展的能源战略决策,其中光伏发电最受瞩目。文中介绍了所设计的太阳能手机
2、充电器,与普通的手机充电器相比,它的特殊之处是能源的供应来自于太阳能电池板.把太阳能电池板置于一个有阳光的地方,即可以为手机提供一个方便的太阳能充电点.这种便捷的太阳能充电器几乎可以在任何地方补充电力,从而获得通信的自由。结合当今的无线充电技术,会使人们给电子产品充电更加便捷。关键词 无线充电技术;太阳能应急手机充电器;单晶硅太阳能电池 Solar mobile phone charger applications and ProspectsAutomation LI Hong-JiAbstract:Shortage and environmental pollution problems h
3、ave become increasingly prominent world energy makes it an energy strategy of world sustainable development the full development and utilization of solar energy, photovoltaic power generation of the most attention.This paper introduces the design of solar mobile phone charger, mobile phone charger,
4、compared with the ordinary, which is characterized in that the energy supply from solar panels. Put the solar panel in a sunny location, which can provide a convenient solar charging for mobile phone charger this convenient almost. Can add power in any place, thus obtaining communication freedom.Key
5、 words: Wireless charging technology;Mobile phone emergency charger for solar energy;Monocrystalline silicon solar cell1 概述能源是经济、社会发展和提高人民生活水平的重要物质基础。能源问题是一个国家至关重要的问题。随着科学技术和全球经济的飞速发展,对能源的需求也在日趋增长。虽然在可预见的将来,矿物燃料仍将在世界能源结构中占有相当的比重,但人们对核能以及太阳能、风能、地热能、水力能、生物能等可再生能源资源的利用日益重视,在整个能源消耗中所占的比例正在显著地提高。其中,太阳能作为
6、一种新型的绿色可再生能源,与其他新能源相比,是最理想的可再生能源。迫于全球性日益严重的资源短缺和环境污染,使得光伏产业的发展不仅仅是一个经济问题,更是一个环境保护和能源替代的问题。目前光伏电池主要应用在并网和未连网的大规模发电领域。而消费类产品的应用实例非常少,目前还没有真正有效的利用太阳能充电的手机电池.因此太阳能作为一种没有任何污染的易取的绿色能源。若能应用到消费类产品中,对于改善地球的整体的能源状况和环境有着非常重要的意义和广阔的前景。 1.1 太阳能光伏应用的概况可以说在人类的历史上使用地最多的能源应该是太阳能。而最近一个世纪以来,特别是进入21世纪以后,人们更加注重将太阳能转化成可以
7、存储的能量,来提供用于特定需要的能量,如太阳能热水器的应用,太阳能发电,太阳能路灯,太阳能充电等等。进入21世纪后太阳能光伏产业更是蓬勃发展。据Dataquest的统计资料显示,目前全世界共有136个国家投入普及应用太阳能电池的热潮中,其中有95个国家正在大规模地进行太阳能电池的研制开发,积极生产各种相关的节能新产品。1998年,全世界生产的太阳能电池,其总的发电量达1000兆瓦,1999年达2850兆瓦。2000年,全球有将近4600家厂商向市场提供光电池和以光电池为电源的产品。1目前,许多国家正在制订中长期太阳能开发计划,准备在21世纪大规模开发太阳能,美国能源部推出的是国家光伏计划,而日
8、本推出的是阳光计划。太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、 通信、家用电器以及公用设施等部门,尤其可以分散在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用,以节省造价很贵的输电线路。但是在目前阶段,它的成本还很高,发出1kW电需要投资上万美元,因此大规模使用仍然受到经济上的限制。但是,从长远来看,随着太阳能电池制造技术的改进以及新的光电转换装置的发明,各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求,太阳能电池仍将是利用太阳辐射能比较切实可行的方法,可为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。1.2 太阳能电池板工作原理、分类及特性太阳能光伏电池表面有一层金属薄膜似的半导体薄片。当太阳
9、光照射时,其中一部分被表面反射掉,其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光,当然有一些变成热,另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞,于是产生电子空穴对。这样,光能就以产生电子空穴对的形式转变为电能。薄片的另一侧和金属薄膜之间将产生一定的电压,这一现象称为光伏效应。太阳能光伏电池正是一种利用光伏效应原理直接将光能转化为电能的装置。太阳能电池的基本结构相当于一个大面积二极管,其基本特性也与二极管类似。当用适当波长的太阳光照射到半导体上时,光能被半导体吸收后,在导带和价带中产生非平衡载流子-电子和空穴。半导体内在P型和N型交界面两边形成势垒电场,能将电子驱向N区,空穴驱向P区,从而使得N区有过剩的
10、电子,P区有过剩的空穴,在P-N结附近形成与势垒电场方向相反的光生电场。光生电场的一部分除抵消势垒电场外,还使P型层带正电,N型层带负电,在N区与P区之间的薄层产生所谓光生伏特电动势。若分别在P型层和N型层焊上金属引线,接通负载,外电路则有电流通过。如此形成的一个个电池元件,把它们串联、并联起来,就能输出一定的电压、电流和功率。2这样,太阳的光能就直接变成了可付诸实用的电能。另外,在受光面上,覆盖着一层很薄的天蓝色氧化硅薄膜以减少入射太阳光的反射,提高太阳能电池对于入射光的吸收率。目前市场上太阳能电池板种类繁多,按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式两大类,而前者又分为单结晶形和多结晶形
11、。根据太阳能电池板所用材料的不同可分为: 硅太阳能电池;以无机盐如砷化镓III-V化合物,硫化镉,铜铟硒等多元化合物为材料的太阳能电池;功能高分子材料(有机半导体)制备的大阳能电池;纳米晶太阳能电池等。硅系列太阳能电池中,单晶硅太阳能电池转换效率最高,技术也最为成熟,在应用中居主导地位。在电池制作中,一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术。开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池,其电池转化效率超过20%左右。而多晶硅薄膜电池所使用的硅远较单晶硅少,无较大效率衰退问题且其成本远低于单晶硅电池,效率又高于非晶硅薄膜电池,其电池效率达12%左右。虽然非晶硅薄膜太阳能电池与结
12、晶硅相比转换效率偏底, 但其成本低,便于大规模生产,受到人们普遍的重视并得到迅速发展。由于太阳能光伏电池工作原理是,接受太阳光能转化为电能的过程,因此受到外界影响有日照强度、电池温度等,而这些因素都会影响太阳能电池的特性。而这些特性有以下关系:太阳能电池的短路电流与日照强度成正比。太阳能电池的输出随着电池片表面的温度上升而下降,随着季节温度的变化而变化。3同一日照强度下,冬天的输出比夏天高。通过这些年的科技进步,人们对太阳能充电不断优化:提高输出电源的稳定性,有效地将太阳能高效的转化,使太阳能更充分融入人们的日常生活中。1.3 太阳能手机充电器原理太阳能手机充电器的原理的将太阳能的能量转换为电
13、能存储在太阳能手机充电器的内置电池里,在需要对手机充电时,太阳能手机充电器里的蓄电池将电能输出对手机充电。蓄电池可以是任何形式的蓄电装置,一般由太阳能光电池,蓄电池,调压元件三个部分组成。太阳能电池在使用时由于太阳光的变化较大,其内阻又比较高,因此输出电压不稳定,输出电流较小,这就需要用充电控制电路将电池板输出的直流电压变换后供给电池充电。当光线条件适宜时,通过太阳能电池板吸收太阳光,将光能转换为电能。由于充电器多采用大电流的快速充电法,在电池充满后如果不及时停止会使电池发烫,过度的充电会严重损害电池的寿命。这就需要一个复杂的控制系统。图1 一般充电电路结构图2 智能充电电路结构图3 有线太阳
14、能充电电源无线充电技术工作方式:电磁感应式、磁场共振式、无线电波式。磁场共振基本原理:由能量发送装置,和能量接收装置组成,当两个装置调整到相同频率,或者说在一个特定的频率上共振,它们就可以交换彼此的能量。图4 磁场共振原理图无线电波式充电基本原理:类似于早期使用的矿石收音机,主要有微波发射装置和微波接收装置组成,如下图。其接收电路可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量,在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。利用此技术Powercast公司研制出可以将无线电波转化成直流电的接收装置,可在约1米范围内为不同电子装置的电池充电。图5 无线电波式充电式电磁感应式充电基本原理:初级线圈通以一定频率的交流
15、电,通过电磁感应在次级线圈钟产生一定的电流,从而将能量从传输端转移到接收端。类似于现在用得交流/直流变压器的原理。图6 电磁感应式充电2 无线充电技术2.1 无线充电技术的发展历史4(1)19世纪30年代,迈克尔法拉第就发现,周围磁场的变化将在电线中产生电流。(2)19世纪90年代,爱迪生光谱辐射能研究项目中的一名助手尼古拉特斯拉就曾提出无线电力传输的构想。(3)香港城市大学电子工程学系许树源教授在早几年曾成功研制出“无线电池充电平台”,需要产品与充电器接触,它主要利用的是近场电磁耦合原理。(4)2007年,美国麻省理工学院的马林索尔贾希克(Marin Soljacic)等人在无线传输电力方面
16、取得了新进展,他们用两米外的一个电源,“隔地”点亮了一盏60瓦的灯泡。(5)最近,有几家公司已经生产出无线充电的手机、mp3、便携式电脑。2.2 无线充电技术发展现状无线充电技术是近几年才开始发展起来的一个新兴行业,未来有着广阔的发展空间。无线充电联盟(Wireless Power Consortium)成立于2008年12月17日,其使命是为了创造和促进市场广泛采用与所有可再充电电子设备兼容的国际无线充电标准Qi。以安全性,能源及充电效率为出发点,无线充电联盟宣布将近距离电磁感应技术作为低功耗便携式电子设备充电的国际标准。2010年9月1日,全球首个推动无线充电技术的标准化组织无线充电联盟在
17、北京宣布将Qi无线充电国际标准率先引入中国。信息产业部通信电磁兼容质量监督检验中心也加入该组织。无线充电技术采用统一的工业标准,未来几年,手提电话、PMP/MP3播放器、数字照相机、手提电脑等产品都可以使用全新的低能耗、高兼容的相同的无线充电器戴尔是最早推出支持无线充电产品的厂商,它早在2009年就推出了配备了无线充电功能模块的Latitude Z600,成为全球首款支持无线充电的笔记本电脑:通过无线坞站的扩充,可以为这款机器提供60W功率的供电5小时左右即可将这款产品的电池充满。诺基亚的新款WindowsPhone8(WP8)手机支持无线充电功能,用户只要将手机放在一个支持Qi无线充电标准的
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