本设计为一种新型太阳能直流稳压充电装置，它是由太阳能电池板、聚光镜（含增透膜）、太阳能基座、自动转向装置以及控制电路等五个重要部件组成。此新型太阳能直流稳压充电装置是通过太阳能板捕获太阳光能并使之转化为高品位的电能，同时聚光镜能够加强捕获太阳光能的强度，自动转向装置能够实现全天角度可调化，从而实现了太阳光能的高效利用。此外，由于现有太阳能发电产生的电流不稳定，不能直接用于负载充电，我们在此新型装置中加入了稳压装置，使整个装置产生相对恒定的直流电，可直接用于负载充电。新型太阳能直流稳压充电装置的能源来源于太阳光能，通过太阳能板将太阳光能转化为电能。此装置可为笔记本电脑、手机等负载提供高效直流充电，大大缩短充电时间，可安装在人流量较为多的地方，例如：繁华的市区、公交车站等等。具有灵敏度高、易控制、节能、环保、低碳等优点。
关键词：太阳能；直流稳压；充电装置；聚光镜；自动转向装置；控制电路；节能环保
1、研制背景及意义
随着生活节奏加快，人们对笔记本电脑、手机等电子产品的使用趋于普及化，这也致使相关的充电装置层出不穷，比如手机移动电源等等。但是，这些装置也普遍存在一些问题，比如：1、这些装置在完成一次充电之后，必须对充电装置进行充电，这也导致这些装置未在根本上做到节能减排，而且也为广大用户带来了诸多不便。2、这些充电装置的充电效率相对较低，充电时间过长。我们的团队认识到这个问题并意识到这对于我们来说是一个挑战，同时也是个机遇。面对以上问题我团队提出了新型太阳能直流稳压充电装置方案，此方案主要利用太阳光能，将太阳光能最大限度地转化为高品位的电能。此装置与普通太阳能发电装置的区别是：1、可为负载进行高效充电，充电效率是普通充电装置的1.4倍。2、由于现有太阳能电池板产生不恒定的电压，所以我们在装置内部装有负载保护装置以及稳压装置，可实现为负载安全充电。此装置不仅占地小、效率高、而且可以实现不间断连续充电，将此装置作为公共型充电电站设立在繁华地区，不仅可以方便市民，更可以在根源上做到节能减排。
2、设计方案
本项目将太阳能转化为电能储存并高效利用，区别于现有太阳能发电装置此装置太阳能电池板部分可自动随时间调节，也可以实现聚光，增大太阳能利用率，而且此装置可产生稳定的直流电压，可直接对负载进行充电，方便、安全、高效，是一个既利民便民又节能减排的项目。
2.1装置结构
2.1.1太阳能电池板
对于这部分我们对现有的太阳能电池板进行了改进，首先我们在太阳能电池板周围安装了含有增透膜的聚光镜，可以实现太阳能能量扩大化，产生更多的电能。
2.1.2自动转向装置
自动转向装置工作原理：
整个装置安装在充电装置内部，可以实现太阳能电池板随太阳角度的自动转向。螺旋弹簧至于主动轮内，提供整个装置日间转动的动力，主动轮半径大于各从动轮半径，主动轮通过连杆带动从动轮运动。擒纵器控制游丝以一定的速率缓慢流出。主动轮通过传动系带动从动轮2、3转动，2、3上接不完整的齿轮，两者反复与擒纵系作用，左右摆动并与主动轮之间形成反馈。
日间工作时，太阳能电池板处于触点I位置，（从地理位置角度来看，转向由面向东方至面向西方转动至触点II的位置，II处触点受压力作用斜向下给辐条滑动，辐条上带有螺纹带动齿轮II1转动，II1带动两个辅轮转动，触点II为楔形，与辅轮组一并带动连杆向左侧移动一段距离，此时连杆在复位弹簧的作用下会向右运动少许与电路触点1相连，此时连杆II两轴上所属齿轮4、5均一位，齿轮4向齿轮1靠拢，齿轮5置空，电路中此时已连入小型发电机一台，固触点1凹槽处与连杆上电路相连进入工作状态。
齿轮I与太阳能电池板转动同步，太阳能电池板反向运动触及触点I（I1齿轮，I1、I2辅轮组与II处工作原理相同）连杆I向右缩进，在连杆III的作用下连杆II开始缩进，触点II处电刷2开始与连杆II上端触点接触（此时连杆II与触点II1处凹槽脱离）电路板再次接通，再次被移位的齿轮5被接入主动轮，开始给主动轮内螺旋弹簧储能。
辐条长度和连杆II上端电刷接点外露导体长度取决于工螺旋弹簧机械储能的电机所需要时间待到所设置的晨间起始装置被牙固定，牙装置由晨间自动启动器启动。
2.2外型设计尺寸
本太阳能新型太阳能直流稳压充电装置电池板采用80cm×80cm单晶硅太阳能电池板，主体设计成六面体，每面可同时对两个负载进行充电，此外，考虑到实际问题，我们将两个面的充电插口设计成USB插口，方便手机充电。与此同时，各个负载插口设有系统工作状态显示灯，当装置正常工作时，显示灯将会呈绿色，反之，呈红色。由于此太阳能装置占地面积小，总体占地面积不超过2m2，所以该装置可以设立在繁华市区商业街，公交站等人流密集地区，为广大市民提供便利。
3、工作原理及性能分析
本发明高效地利用了太阳光能，首先太阳能电池板将太阳能转变为直流电，电流通过控制电路实现稳流稳压，并实现电流实时监控，发生任何意外时，及时切断电路，有效地保护负载安全。白天时太阳能电池板产生的电流充电分为两部分：1、供给蓄电池充电。2、直接为负载充电。夜晚时充电电流主要由蓄电池供给。
4、理论设计计算
(1)、3~2000V可调直流稳压电源电路相关计算：
由IC2（NE555）及其外固元件组成方波发生器，方波频率为20KHZ，方波信号由IC2的脚输出，经过VT放大后输出到脉冲变压器T的初级，再由变压器耦合到次级L2经二极管VD1整流给C3充电，C3两端的电流电压峰值最高可达2KV。
IC1a和有关组件组成的电压比较器，由VD2提供相同端脚的基准电压（0.7V）比较电压取自VE点，再通过分压器R1和R2的A点电压送到IC1a的反相端工作时，若VA<VB，则IC1a输出高电位，此时IC2方波振荡器震荡，C3被充电，电压VE上升到使VA>VB时，VF出现低电位，IC2停震，若C3上电压再次下降时，即VA<VB，这时方波振荡器再次震荡，又给C3充电，如此循环打到输出电压在3~2000V之间连续可调稳压的目的。
（2）、装置经济适用性：
辽宁省从2014年8月1日起执行新的居民生活用电价格，一户一表居民用户将实施阶梯式累进电价：月用电量低于50千瓦时（含50千瓦时）部分不调整，千瓦时0.53元；月用电量在51—200千瓦时部分，电价每千瓦时上调0.03元；月用电量超过200千瓦时部分，电价每千瓦时上调0.10元。
通过各方面收集的数据和充分的市场调查，一个集成化装置的初投资资金约为1000元。则6个该装置需要近6000元。每个装置一年可以节省的电费X=1.3KW/h×0.53元KW/h×365×12=3017.82元/年。(注：装置每个外接口平均节电1.3KW/h，电费0.53元KW/h，每个装置有12个接口)，则每个装置经过不到半年的时间可以收回成本，之后除了会定期地做一些维修之外就可以无投资的来得到这些电能了。而且这个装置可以作为惠民利民政策，将装置安装在任何地方，所以这是一种清洁无污染的发电装置，发展前景广阔。
本装置所需零部件为：太阳能板，外部箱体，导线，自动转向装置，聚光镜，增透膜，电路板等。完成一个模型所需经费为100元人民币。由此可见，将其投入市场，进行流水线生产，并大量推广使用，不但在经济上可以减少大部分经费，而且还可以减少人力物力，且将损失的能量加以利用，即起到了节能减排的作用。
5、创新点及应用
目前便携式充电装置普遍存在一些问题，比如：1、这些装置在完成一次充电之后，必须对充电装置进行充电，这也导致这些装置未在根本上做到节能减排，而且也为广大用户带来了诸多不便。2、这些充电装置的充电效率相对较低，充电时间过长。3、目前市面上的太阳能装置成品都是传统的，不具备自动旋转角度的能力，不能够实现对太阳光能的高效利用，大大地浪费了资源，同时传统的对太阳光能地捕集程度偏低，不能够实现电流的稳定输出。面对以上问题我团队提出了新型太阳能直流稳压充电装置方案，此方案主要利用太阳光能，将太阳光能最大限度地转化为高品位的电能。此装置与普通太阳能发电装置的区别是：1、可为负载进行高效充电，充电效率是普通充电装置的1.4倍。2、由于现有太阳能电池板产生不恒定的电流，所以我们在装置内部装有负载保护装置以及稳压装置，可实现为负载安全充电。此装置不仅占地小、效率高、而且可以实现不间断连续充电，同时相对传统装置来说此项装置结构相对来说比较紧凑，成本合理，能够被人们接受，同时符合市场发展需求，利用能源纯绿色环保，对环境友好，具有十分可观的市场前景。
参考文献
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论文作者:裴禹琳
论文发表刊物:《科技新时代》2019年6期
论文发表时间:2019/8/14
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