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：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。

在世界光伏市场的强力拉动下，中国太阳能电池制造业通过引进、消化、吸收和再创新，获得了长足的发展。

中国太阳能电池产业的发展大致可分为三个阶段。

第一阶段为1984年以后的研究开发时期；之后迎来了2001年以后的产业形成时期，第二阶段也是尚德等太阳能电池厂商开始创业的时期；2005年至今的第三阶段是中国太阳能电池产业的快速发展时期。

得益于国家对太阳能等新能源产业的政策、资金支持，2010年太阳能电池产业增长迅速，在世界10大太阳能电池生产商中有4家是中国企业。

中国已在太阳能电池生产制造方面取得重要地位，也将成为使用太阳能的大市场。

近年来国家陆续出台了太阳能屋顶计划、金太阳工程等诸多补贴扶持政策，在政策的支持下中国有望像美国一样，启动一个巨大的市场。

作为太阳能电池的材料，iii-v族化合物及cis等系由稀有元素所制备，尽管以它们制成的太阳能电池转换效率很高，但从材料来源看，这类太阳能电池将来不可能占据主导地位。

而另两类电池纳米晶太阳能电池和聚合物修饰电极太阳能电地存在的问题，它们的研究刚刚起步，技术不是很成熟，转换效率还比较低，这两类电池还处于探索阶段，短时间内不可能替代应系太阳能电池。

因此，从转换效率和材料的来源角度讲，今后发展的重点仍是硅太阳能电池特别是多晶硅和非晶硅薄膜电池。

由于多晶硅和非晶硅薄膜电池具有较高的转换效率和相对较低的成本，将最终取代单晶硅电池，成为市场的主导产品。

影响非晶硅电池作为地面电源应用的最主要问题，是效率低、稳定性差。

目前实验室效率已达１５％，但生产中电池组件的稳定效率仅为５．５％～７．５％。

引起效率低、稳定性差的主要原因是光诱导衰变，即所谓的Ｓ－Ｗ效应。

用氢稀释硅烷方法生长的ａ－Ｓｉ和ａ－ＳｉＧｅ薄膜可以抑制光诱导衰变，提高效率。

使用双叠层、三叠层或多叠层结构可以增加光谱响应，提高效率。

但从工业化生产和地面电源应用的要求来看，问题还远未得到令人满意的解决，仍有许多工作要做。

关于非晶硅电池的衰降问题，许多科研人员已进行多年的研究实验，并还在继续进行着，主要内容有：①高质量本征非晶硅材料的研究包括晶化技术，减少光生亚稳态密度，提高稳定性。

②高质量ｎ型和ｐ型非晶硅材料的研究，改善薄膜完整性，提高掺杂效率，增强内建电场，提高电池的稳定性。

③改善非晶硅电池内部界面，降低界面态，减小界面复合，提高输运效率、转换效率和电池的稳定性。

④优质ａ－Ｓｉ：Ｇｅ合金材料的研究，进一步完善双结、三结、多带隙非晶硅电池，提高效率和电池的稳定性。

提高转换效率和降低成本是太阳能电池制备中考虑的两个主要因素，对于目前的硅系太阳能电池，要想再进一步提高转换效率是比较困难的。

因此，今后研究的重点除继续开发新的电池材料外应集中在如何降低成本上来，现有的高转换效率的太阳能电池是在高质量的硅片上制成的，这是制造硅太阳能电池最费钱的部分。

因此，在如何保证转换效率仍较高的情况下来降低衬底的成本就显得尤为重要。

也是今后太阳能电池发展急需解决的问题。

近来国外曾采用某些技术制得硅条带作为多晶硅薄膜太阳能电池的基片，以达到降低成本的目的，效果还是比较现想的。

第二章电路设计总体方案概述第一节方案一：降压单一功能方案：2.1.1 方案一的设计原理：在日常生活中，太阳能可以说是无限的，因此并不需要有对太阳能的节约限制方案一从该点出发，整体思路为，在日光足够充足的环境下，使用降压功能电路使过高的太阳能输出电压通过电路编程转换为适合使用的范围。

根据降压电路所需的条件，以及锂电池的条件需求，我们设计的原理是，通过降压芯片以及外部电路使得在输入电压足够高的时候，通过降压芯片与外部电路的工作使得输出电压稳定在4.2V。

达到对太阳能的收集并给锂电池充电的目的2.1.2 方案一得器材选择：从性能要求，性能指标和成本指标的3方面考虑，我们选择了功能单一，价格低廉的LM317芯片作为方案一得设计主体。

LM317具有降压编程输出电压的简单功能，其使用范围要求输入电压较高，因此，方案一仅仅适合在日光充足的条件下使用。

第二节方案二：升压后降压方案2.2.1 方案二的设计原理：因为光照是不稳定的，切随时间变化而变化，所以输入电压不一定都能达到我们所需要的，因此，为了增加充电器的工作范围，我们需要为其再增加一个升压电路。