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1、武 威 职 业 学 院光伏发电技术及应用专业（专科）毕业设计（论文）题 目 折叠式太阳能充电包 姓 名 学 号 1111031144042 指 导 老 师 技 术 职 务 副教授 完 成 日 期 2013 年12月07日 教 学 系 能源工程系 摘 要进入21世纪的人类社会正面临着化石燃料短缺和生态环境严重污染的局面。廉价的石油时代已经结束，逐步改变能源的消费结构，大力发展可再生能源，走可持续发展的道路，已经成为世界各国政府的共识，尤其是近年来各国日益呈现出来的能源危机问题，更加明显地把能源置于社会发展的首要地位。太阳能作为一种可再生清洁能源，根据其特点和实际应用需要，目前太阳能发电分为光热发
2、电和光伏发电两种，我们通常所说的太阳能发电是指太阳能光伏发电。光伏发电是利用半导体将光能转变为电能的一种技术。使光伏产品得到普及，进一步提高效率、降低成本是光伏电池的发展趋势。折叠式太阳能充电包应用而生，为解决充电难，充电不方便，没有地方充电等一系列问题。折叠式太阳能充电包操作简单、使用安全、样式新颖，该产品以重量轻、无噪音、清洁、易折叠和方便携带等优点；背包是出行者必带的物品，而把光伏组件和背包结为一体，可以随时随地的为背包内的手机、MP3/MP4等充电，为我们出行在外减少了各种用电器没电所带来的不便，节省了买各种充电器的费用，而且还充分利用我们身边的每缕阳光，是广大出行者最佳充电产品。更突
3、显出作为21世纪新能源时代的我们走在了实际应用科学的前沿。【关键词】折叠式太阳能充电包，太阳能，光生伏特效应，光伏发电目 录引 言1第一章 太阳能发电产业发展现状及趋势21.1国外太阳能发电产业发展现状及趋势21.2我国太阳能发电产业发展现状及趋势3第二章 太阳能及其应用42.1太阳能的含义42.2太阳能的发展历史42.3 我国太阳能资源42.4太阳能的应用42.5太阳能发电52.6太阳能发电的利弊52.6.1优点52.6.2缺点5第三章 太阳能光伏发电系统原理63.1光电效应概述63.2光生伏打效应概述及应用63.2.1光生伏打效应63.2.2光生伏打效应应用63.3太阳能光伏发电系统73.
4、3.1太阳能光伏发电系统工作原理73.3.2太阳能光伏发电系统的组成73.3.3太阳能光伏发电系统的发电方式7第四章 折叠式太阳能充电包94.1折叠式太阳能充电包控制器的采购94.2折叠式太阳能充电包显示器的采购104.3折叠式太阳能充电包光伏组件的采购12结 语13致 谢14参考文献15引 言随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。现有能源主要有三种，即火电、水电和核电。火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险。据统计，全世界石油资源再有30年便将枯竭。另一方面燃烧燃料将排放出二氧化碳和硫的
5、氧化物，因此会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。水电要淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且大型水库一旦崩塌，后果将不堪设想。另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄露，后果同样是可怕的。前苏联切尔诺贝利核电站事故，已使900万人收到了不同程度的损害，而且这一影响并未终止。这些都迫使人们去寻找新能源。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。我们对太阳能的利用大致可以分为光热转换和光电转换两种方
6、式，其中，光电利用（光伏发电）是近些年来发展最快，也是最具经济潜力的能源开发领域。太阳能电池是光伏发电系统中的关键部分，包括硅系太阳电池（单晶硅、多晶硅、非晶硅电池）和非硅系太阳能电池等。目前，我国太阳能光伏发电利用主要有三种形式：一是大型并网光伏电站，二是与建筑结合的并网光伏发电系统，三是独立光伏发电系统。根据三种形式的不同运行特点，在太阳能资源丰富、具有荒漠和闲置土地资源的地区建设适度规模的大型并网光伏电站；在广大城镇，推广与建筑结合的分布式并网光伏发电系统；在偏远地区，结合解决无电地区人口的用电问题，推广户用光伏发电系统或建设独立小型光伏电站。在西部太阳能资源丰富地区，继续按特许权招标方
7、式建设更大规模的太阳能光伏电站，总建设规模将超过20万千瓦。同时，将继续开展“金太阳工程”建设，抓紧研究制定分布式光伏发电技术标准，制定分布式光伏发电系统的建设和运行管理体制。我国太阳能资源非常丰富，开发利用的潜力非常大。我国太阳能发电产业的应用空间也非常广阔，可以应用于并网发电、与建材结合、解决边远地区用电困难问题等。我国政府对太阳能发电产业也给予了充分的扶持，先后出台了一系列法律、政策，有力的支持了产业的发展。第一章 太阳能发电产业发展现状及趋势能源是现代社会存在和发展的基石。随着全球经济社会的不断发展，能源消费也相应的持续增长。随着时间的推移，化石能源的稀缺性越来越突显，且这种稀缺性也逐
8、渐在能源商品的价格上反应出来。在化石能源供应日趋紧张的背景下，大规模的开发和利用可再生能源已成为未来各国能源战略中的重要组成部分。1.1国外太阳能发电产业发展现状及趋势全球太阳能发电产业发展现状及趋势在化石能源日益稀缺的背景下，各国均大力发展太阳能利用，其中日本、欧洲国家(德国)和美国等经济发达、能源消耗大的国家起步较早，在技术和应用上都处于领先地位。由于太阳能发电成本较传统能源高，因此需要政府给予政策扶持。从20世纪90年代末开始，欧美、日本等国家纷纷实行“阳光计划”，在太阳能发电的价格、税收、发展基金等方面给予较大优惠。同时，在政府资助下，欧洲一些高水平的研究机构也加大了太阳能利用的研究。
9、欧美、日本等国家还制定了长期的能源发展战略，对太阳能的发展进行了长期规划。1997年6月美国提出“百万太阳能屋顶计划”，计划到2010年将在100万个屋顶或建筑物其他可能的部位安装太阳能系统，包括太阳能光伏发电系统、太阳能热水系统和太阳能空气集热系统。欧洲也于1997年左右也宣布了百万屋顶计划，其中，在太阳能利用领域领先的德国联合政府在欧洲百万屋顶的框架下于1998年10月提出了计划在6年内安装10万套太阳能屋顶系统，总容量在300-500MV，每个屋顶约3-5KW。日本政府的计划目标是，到2010年安装500MW屋顶光伏发电系统。在各国政府的扶持下，世界太阳能电池产量快速增长，1995-20
10、05年间，全球太阳能电池产量增长了17倍。2005年，全球太阳能电池年产量达到了1650兆瓦，累计装机发电容量超过5GW，其中，日本太阳能电池产量达到762兆瓦，增长率为27%；欧洲产量增加48%，达到了464兆瓦；美国增加12%，达到了156兆瓦；世界其他地区增加96%，达到了274兆瓦。我们预计，2010年全球太阳能电池的年产量有望达到10400兆瓦，较2005年的年产量增长6.3倍；整个行业的销售收入有望在2005-2010年间，从130亿美元提高至450亿美元，在未来5年内增长3.5倍。同时，受益于规模经济、生产效率和工艺水平的提高，整个产业链的成本都有望下降，行业利润率有望保持在较高
11、水平上。1.2我国太阳能发电产业发展现状及趋势我国太阳能资源非常丰富，大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上，理论储量达每年1.7万亿吨标准煤，太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。从全国太阳年辐射总量的分布来看，青藏高原和西北地区、华北地区、东北大部以及云南、广东、海南等部分低纬度地带均为太阳能资源丰富或较丰富的地区。 我国太阳能发电产业的应用空间也非常广阔。第一，我国有荒漠面积100余万平方公里，主要分布在光照资源丰富的西北地区，如果利用荒漠安装并网太阳能发电系统则可以提供非常可观的电量。第二，太阳电池组件不仅可以作为能源设备，还可作为屋面和墙面材料，既供电节能，又节省了建材，具有良好
12、的经济效益。第三，迄今我国边远地区仍有较多居民尚未用电，如果单纯依靠架设电网供电，则成本高，建设周期长，不经济。太阳能发电无需架设输电线路，且建设周期短，可以有效解决边远地区用电的难题。我国政府对太阳能产业也给予了充分的扶持。2006年1月，中华人民共和国可再生能源法正式实施，此法在资源调查与发展规划、产业指导与技术支持、推广与应用、价格管理与费用分摊、经济激励与监督措施、法律责任等方面做出了规定。随后，国家又陆续出台了可再生能源发展专项资金管理暂行办法、可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法等支持可再生能源发展的实施细则，使国家在可再生能源领域方面的扶持政策日趋明朗化。这一系列法律、政策无疑
13、有力的支持了我国太阳能发电产业的发展。近20年来，我国太阳能发电产业长期维持在全球市场1%左右的份额。2005年后，产业有了突飞猛进的发展，无锡尚德、天威英利、新光硅业、赛维LDK、新疆新能源、常州天合、天津京瓷等公司纷纷进入成长期，生产规模不断扩大，技术水平不断提高，企业竞争力不断增强。而且，浙江、保定、四川等地的公司已经开始多晶硅太阳电池的生产或试车，市场上形成了单晶硅和多晶硅两种主打电池产品的局面。目前，我国非多晶硅薄膜电池产业也展现出迅猛发展的势头，很多国内公司通过与国外公司的合作已经开始进行或计划进行非多晶硅薄膜电池项目的投资。中国蕴藏着丰富的太阳能资源，太阳能利用前景广阔。目前，我
14、国比较成熟的太阳能产品有两项：太阳能光伏发电系统和太阳热水系统。太阳能产业在我国得到了迅猛的发展，中国已成为仅次于日本和德国的光伏产品生产大国。这是我国为改善日益恶化的环境作出的巨大贡献。而中国随着相关法律和政策的出台，能源长期性短期的中国将有望成为世界上最大的光伏发电市场。中国光伏发电产业于20世纪70 年代起步，经过30多年的努力，已迎来了快速发展的新阶段。第二章 太阳能及其应用太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的 安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和维护性、资源的充足性及潜在的经济 性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位并且得到广泛的应用。2.1太阳能的含
15、义一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式。太阳能发电是一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。2.2太阳能的发展历史据记载，人类利用太阳能已有3000多年的历史。将太阳能作为一种能源和动力加以利用，只有300多年的历史。近代太阳能利用历史可以从1615年法国工程师所罗门德考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起。该发明是一台利用太阳
16、能加热空气使其膨胀做功而抽水的机器。 真正将太阳能作为“近期急需的补充能源”，“未来能源结构的基础”，则是近来的事。20世纪70年代以来，太阳能科技突飞猛进，太阳能利用日新月异。2.3 我国太阳能资源我国是太阳能资源相当丰富的国家，绝大多数地区年平均日辐射量在4 kWh/以上，西藏最高达7kWh/m2。2.4太阳能的应用就目前来说，人类直接利用太阳能还处于初级阶段，主要有太阳能集热、 太阳能热水系统 、太阳能暖房、太阳能发电等方式。2.5太阳能发电即直接将太阳能转变成电能，并将电能存储在电容器中，以备需要时使用。2.6太阳能发电的利弊2.6.1优点(1)普遍性：太阳光普照大地，没有地域的限制无
17、论陆地或海洋 ，无论高山或岛屿 ，都处处皆有,可直接开发和利用，且勿须开采和运输。(2)无害性：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。(3)巨大性：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。(4)长久性：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。2.6.2缺点(1)分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。(2)不稳定性：由于受到 昼夜 、 季节 、 地理纬度和海拔高度等自然
18、条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。(3)效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。第三章 太阳能光伏发电系统原理光伏发电系统是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等
19、部件就形成了光伏发电系统装置，如图3-1。光伏组件红灯 绿灯光 伏 控 制 器蓄电池负载图3-13.1光电效应概述光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，也就是光能量转换成电能。这类光致电变的现象被人们统称为光电效应（Photoelectric effect）。3.2光生伏打效应概述及应用3.2.1光生伏打效应是指物体由于吸收光子而产生电动势的现象，是当物体受光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。3.2.2光生伏打效应应用光生伏打效应主要是应用在半导体的PN结上，把辐射能转换成电能。大量研究集中在太阳能的转换效率上。理论预期的效率为24。由于半导体PN结器件在
20、阳光下的光电转换效率最高，所以通常把这类光伏器件称为太阳能电池，也称光电池或太阳电池。3.3太阳能光伏发电系统3.3.1太阳能光伏发电系统工作原理光伏发电系统是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电系统装置。光伏发电系统的优点是较少受地域限制，因为阳光普照大地;光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设同期短的优点。3.3.2太阳能光伏发电系统的组成太阳能光伏发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器
21、、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220V或 110V，还需要配置逆变器。各部分的作用为：（一）太阳能电池板 太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳能转化为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。（二）太阳能控制器 太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。（三）蓄电池一般为铅酸电池，一般有12V和24V这两种，小微型系统中
22、，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。（四）逆变器在很多场合，都需要提供AC220V、AC110V的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是DC12V、DC24V、DC48V。为能向AC220V的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC的电能。3.3.3太阳能光伏发电系统的发电方式太阳能发电方式太阳能发电有两种方式，一种是光热电转换方式，另一种是光电直接转换方式。（1）
23、光热电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光热转换过程；后一个过程是热电转换过程，与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5倍.一座1000MW的太阳能热电站需要投资2025亿美元，平均1kW的投资为20002500美元。因此，目前只能小规模地应用于特殊的场合，而大规模利用在经济上很不合算，还不能与普通的火电站或核电站相竞争。（2）光电直接转换方式该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏
24、特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染；太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站小到只供一户用的太阳能电池组，这是其它电源无法比拟的太阳能光伏发电方式有两种方式，一种是光热电转换方式，另一种是光电直接转换方式。第四章 折叠式太
25、阳能充电包折叠式太阳能充电包是一款高性能的光电转换新能源产品之一，太阳能充电包能将自然界中充足的太阳能光通过太阳能电池板吸收将光能直接转变为电能通过光伏控制器贮存在蓄电池内，根据不同的接口通过光伏控制器随时为您的各种手机、GPS、MP3/MP4进行充电，适合户外远足没电时的应急使用，绿色环保能源之先驱。4.1折叠式太阳能充电包控制器的采购主要考虑材料的实用性，性价比，包括材料的种类、参数、性能、质量。太阳能控制器 6V3AH如图4-1所示。 控制器适用范围:控制器只适用太阳能光电，额定电压为12V的系统，蓄电池为液体开口或者密封式的铅酸蓄电池。图4-1控制器功能特点:使用MCU，实现智能控制。
26、具有过充、过放、电子短路、过载保护、蓄电池反接保护、太阳能电池反接保护,利用蓄电池放电率特性修正的放电控制。采用了串联式PWM充电主电路，使充电回路中的电压损失较使用二极管的充电电路降低近一半，充电效率较非PWM高36，增加了用电时间，过放恢复的提升充电,正常的直充，浮充的自动控制方式使系统有更长的使用寿命。直观的LED指示当前蓄电池的状态，让用户了解使用情况。控制器的安装及使用:导线的准备：先确定导线的长度，确定安装位置后，尽可能减少导线的长度，以减少电损耗。先接蓄电池，注意正负极，不要反接。如接反，控制器指示灯没有任何指示，不会损坏控制器内部元器件。如连接正确，BATTERY指示灯，应该有
27、指示。如图4-2所示。再连接太阳能电池板的导线，注意正负极，不要反接；如果有阳光,CHARGE指示灯10S后会亮或充电闪烁，否则检查连接对否。最后连接负载，将LED光源或直流负载连接控制器的输出正负极，注意正负极，不要反接，以免烧坏用电器。4.2折叠式太阳能充电包显示器的采购图4-2 新款炫彩5灯电量显示器LED灯显示说明LED状态功能CHARGE关闭蓄电池没有连接常亮蓄电池处于充电状态POWER绿灯亮控制器正常输出绿灯灭控制器输出保护技术指标型号SJ12V3A太阳能板功率=36W额定充电电流3A额定放电电流3A系统电压12V过载，短路保护3倍的额定电流短路保护动作1.5倍的额定电流延时5分钟
28、关闭，5分钟后自动恢复空载电流6mA充电回路压降0.2V放电回路压降0.1V过压保护16.5V过压恢复15.0V过放电压10.8V过放恢复12.8V提升充电14.8V均衡充电14.4V浮充充电13.8V充电返回电压13.2V工作温度20554.3折叠式太阳能充电包光伏组件的采购太阳能光伏组件电压：工作7.5V功率：3w 带USB2.0接口寿命：10年左右电流：工作0.33A重量：0.35kg尺寸：145*145*2.8mm（长*宽*厚）结 语太阳能作为未来的新能源是一种非常理想的清洁能源，近年来由于人们对能源、环境问题的日益关注，太阳能的应用与普及越来越受到人们的重视，应用领域也越来越广泛。我
29、国的太阳能资源丰富，为太阳的利用创造了有力条件。根据太阳能的特点和实际应用的需要，目前太阳能发电分为光热发电和光伏发电。通常说的太阳能发电是指太阳能光伏发电。光伏发电是利用半导体的光生伏特效应将光能直接转变为电能的一种发电技术。我国政府一直把研究开发太阳能技术列为国家科技攻关计划，大大推动了我国太阳能产业的发展。进入21世纪，我国太阳能光伏技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足的发展，现已成为高速、稳定发展的新兴产业之一。太阳能光伏发电技术的研究和光伏发电设备的生产，已成为发展前景十分诱人的朝阳产业。致 谢经过两个多月的努力，折叠式太阳能充电包论文终于完成。在整个设计过程中，出现
30、过很多的难题，但都在老师和同学的帮助下顺利解决了，在不断的学习过程中我体会到：写论文是一个不断学习的过程，从最初刚写论文时对折叠式太阳能充电包的问题的模糊认识到最后能够对该问题有深刻的认识，我体会到实践对于学习的重要性，以前只是明白理论，没有经过实践考察，对知识的理解不够明确，通过这次的做，真正做到理论实践相结合。总之，通过毕业设计,我深刻体会到要做好一个完整的事情，需要有系统的思维方式和方法，对待要解决的问题，要耐心、要善于运用已有的资源来充实自己。同时我也深刻的认识到，在对待一个新事物时，一定要从整体考虑，完成一步之后再作下一步，这样才能更加有效。最后感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。参考文献1施钰川.太阳能原理与技术M.西安：西安交通大学出版社，2009.2李钟实.太阳能光伏发电系统设计施工与应用M.北京：人民邮电大学出版社，2012.3周致敏，纪爱华.太阳能光伏发电系统设计与应用实例M.北京：电子工业出版社，2010.4钱伯章.世界能源消费现状和可再生能源的发展趋势(上)J，节能与环保，2006.5太阳能光伏发电应用技术/杨金焕，于化丛，葛亮编著,2009.6冯垛生.太阳能发电原理与应用M，北京：人民邮电出版社，2007，37-92.
