关键词 太阳能自动跟踪系统 LM7805稳压电路 无线充电技术
太阳能作为一种可再生能源，有着广泛的应用前景。当电子产品电力不足或没有信号时，如果将太阳能利用起来提供可以应急的移动电源或无线wifi，是非常实用的。此外，随着科技的发展，充电方式必将面临着重大的变革，无线充电安全方便，将是未来发展的大趋势。因此，本文提出一种多功能太阳能无线移动电源。
1 总体设计
多功能太阳能无线移动电源系统在传统结构的移动电源基础上，采用太阳能作供能能源，使移动电源具备更强的续航能力。在阳光充足时，由太阳能供电，采用了太阳光自动跟踪装置，有效地提高了发电效率；在阴雨天或阳光不充足时，由电网供电。经过滤波稳压处理后，可以作折叠台灯照明，或作无线路由器提供wifi信号。它同时提供有线、无线两种充电方式，解决有线数据线的限制和无线充电效率问题。
2 结构设计
2.1 太阳能电池板
硅系太阳能电池是目前全球发展最成熟的太阳能电池，在市场中占据主导地位。其中，单晶硅太阳能电池在实验室中的光电转换效率最高已达24.2%，这在所有种类的太阳能电池中转换效率是最高的【1】。此外，单晶硅太阳能电池通常采用框架或钢化玻璃、防水树脂等封装材料进行封装，牢固实用，使用寿命长。
太阳能电池是利用光电效应或光化学效应实现能量变换的装置。根据实际电子产品的技术需求，将太阳能电池板串并联组合使总的光伏电池得到期望的输出功率和输出电压。
2.2 太阳光自动跟踪系统
在固定式太阳能光伏发电系统上安装双轴太阳光自动跟踪装置后增加了约39.7%的发电量，能较大地提高太阳能光伏发电的效率【2】。
利用太阳能电池板上光敏二极管组成的感光阵列，对光源位置进行自动识别与判断，当采集到光信号后，利用光敏二极管的开关特性，使电机控制回路中有电流通过，驱动步进电机工作带动太阳能电池板平面旋转从而进行方向调整，实现对太阳光的实时追踪，使太阳能电池板时刻能够充分受光。
用两块互相垂直的挡板将正方形排列的四只光敏二极管等分成四个不同区域形成感光阵列，对太阳光线与太阳能板的相对位置进行检测形成光检测信号，完成信号采集；安放在太阳能电池板上的光线传感器接收到四个方位的光线信号后，通过光敏二极管的通断来控制步进电机的正反转或停止使光线垂直射入太阳能电池板【3】。
2.3 LM7805稳压电路
由于太阳能电池板的电压会随太阳光的强度波动，且太阳能电池板有较高的内阻，所以使用过程中电池板的输出电压极其不稳定。为了获得到稳定的输出，使用稳压管保持稳定的输出电压。
3.2 无线wifi
含无线wifi功能的移动电源，是把无线路由器和移动电源电路集成到一起。选择无线路由器工作模式时，移动电源单独向无线路由器供电，无线路由器工作，上网卡驱动电路将上网卡中的移动数据信号变成网络处理器能够处理的数据信号，网络处理器进行处理并调制成wifi无线信号，再经wifi收发电路由发射天线送出【4】。
3.3 USB充电接口
直流直充和太阳能充电，经稳压电路转化为适用于手机等电子产品充电的5V/1A的直流电输送到USB接口，用于电子产品有线充电。
3.4 无线充电系统
电磁共振式是发送端能量遇到共振频率相同的接收端，由共振效应进行电能传输的无线电能传输方式，其在共振空间内作用点灵活，美国研究团队制作的样机进行2m的无线充电时，效率曾高达 92%【5-6】。
电磁共振式无线充电系统主要由能量发射装置和能量接收装置组成，能量发射装置中储存的电能经滤波、整流后转换为直流电能，然后通过振荡源作用转换成高频交流电，使与之相连的线圈产生谐振，并在线圈周围形成交变磁场。将电能转变为磁能后，再经过功效放大后由发射线圈发射，当发射和接收线圈调整到相同频率时产生共振，以正弦波形的电磁波在其电磁共振场中作共振传输，使接收线圈接收发射线圈中传递的能量【7】。接收线圈经能量变换电路将高频交流电转换为直流电，滤波稳压后为电子产品供电。无线充电系统框图如图3所示。
4 结语
此款多功能太阳能无线移动电源的设计有以下创新点：
（1）直流电源充电和太阳能充电两种方式并用，可同时在室内、室外情况下使用。
（2）太阳光自动跟踪系统，提高了光伏发电效率，增加了发电量。
（3）整体转轴、折叠结构设计，既利于自动调整追踪太阳光，又可作为折叠台灯照明使用。
（4）无线路由器工作模式时，可为电子产品提供无线wifi。
（5）此移动电源提供USB接口充电和无线充电系统，在没有数据线时，使用无线充电；希望快速充电，使用USB接口有线充电。
参考文献
[1] 李怀辉, 王小平, 王丽军,等. 硅半导体太阳能电池进展[J]. 材料导报, 2011, 25(19):49-53.
[2] 卢育发, 李旗号, 李倩. 双轴跟踪装置对太阳能发电系统增效的理论研究[J]. 安徽电子信息职业技术学院学报, 2009, 8(5):43-45.
[3] 旭 南. A Controller to Face Sunlight for Solar Photovoltaic Panel[J]. 2016, 05(3):43-49.
[4] 文光斌. 便携式无线路由器的多功能实现方式[J]. 中国科技信息,2015(7):71-72.
[5] Su-Won L, Jae-Hyung K, Seong-Ryong L, et al. A transformer less grid-connected photovoltaic system with active and reactive power control[C]. Sixth IEEE International Electronics and Motion Control onference, IPEMC, 2009: 2178-2181.
[6] 程时杰, 陈小良, 王军华,等. 无线输电关键技术及其应用[J]. 电工技术学报, 2015, 30(19):68-84.
[7] 刘作鹏. 基于电磁共振式的无线手机充电设计方法研究[J]. 湖北成人教育学院学报, 2016, 22(5):73-78.
论文作者:高姣
论文发表刊物:《科技中国》2018年4期
论文发表时间:2018/8/10
标签：太阳能论文; 太阳能电池论文; 电池板论文; 电源论文; 太阳光论文; 线圈论文; 多功能论文; 《科技中国》2018年4期论文;