玻璃幕墻太陽能USB插座

陳瑞霞

作為地球上三大化石能源的直接能量來源，太陽能以其儲(chǔ)量豐富、清潔無污染和不受地域限制而備受全球科研工作者和政府機(jī)構(gòu)的青睞。

目前，太陽能的主要利用形式有光熱利用、光化學(xué)利用和光伏利用，光伏利用應(yīng)用方式靈活，既可建設(shè)成光伏電站接入大電網(wǎng)，也可實(shí)現(xiàn)光伏建筑集成供本地負(fù)載。

隨著城市人口的激增、土地的過度開發(fā)，建筑逐步向高層和超高層發(fā)展。玻璃幕墻以其晶瑩剔透、輕巧美觀、耐候性好、密封性佳、安裝方便、維護(hù)簡便等諸多優(yōu)點(diǎn)而成為高層建筑和超高層建筑的最佳外圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

然而，大面積的玻璃幕墻將輻射的太陽能反射回去，如何合理將太陽能和大城市中的玻璃幕墻相結(jié)合，使其成為能提供太陽能的巨型電池，應(yīng)是城市規(guī)劃設(shè)計(jì)者和每個(gè)人關(guān)注的問題。

一、玻璃幕墻太陽能USB插座設(shè)計(jì)

玻璃幕墻建筑因其標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化以及不同于傳統(tǒng)建筑的美學(xué)呈現(xiàn)，迎合了中國快速城市化的需要，從而得到大力發(fā)展。到21世紀(jì)初，中國已有玻璃幕墻兩億平方米，占全世界85%，成為世界第一玻璃幕墻出產(chǎn)和使用大國。與此同時(shí)，過去短短數(shù)年間，中國光伏產(chǎn)業(yè)牢牢掌控了65%的光伏產(chǎn)能和60%的全球市場份額。

光伏建筑集成以其高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)而廣受關(guān)注，并在低碳環(huán)保城市建設(shè)中被寄予厚望。然而，光伏建筑一體化存在的高造價(jià)、低穩(wěn)定性限制了它與個(gè)體生活距離的拉近。

為此，我設(shè)計(jì)了太陽能USB插座。該插座體積小巧，方便攜帶，將插座吸盤吸附在任意一塊有陽光照射的玻璃上就可實(shí)現(xiàn)充電。

在插座緊貼玻璃幕墻一側(cè)，嵌入一塊太陽能電池板，電池板吸收太陽光子能量并轉(zhuǎn)換為電能，用戶連接上適配的電子設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)供電。為了增強(qiáng)該插座的適用性，本方案選擇USB接口作為充電接口。

二、輸出電壓調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

插座太陽能電池板產(chǎn)生的電能隨日照和溫度條件變化，為了給移動(dòng)設(shè)備提供穩(wěn)定的充電電壓，在太陽能USB插座內(nèi)置了一個(gè)電子式調(diào)壓裝置。

如圖2所示，輸出電壓調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)由Buck變換器及其控制系統(tǒng)組成。輸入輸出電阻分壓采樣接收當(dāng)前太陽能電池板輸出電壓和插座輸出電壓，經(jīng)A/D采樣送入微控制器進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)控制。

微控制器依據(jù)設(shè)定輸出電壓及Buck變換器輸入輸出電壓計(jì)算得出電子開關(guān)管通斷時(shí)間，經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大控制電子開關(guān)管通斷，以此調(diào)節(jié)輸出電壓幅值。

為降低該太陽能USB插座的復(fù)雜性和體積成本，太陽能電池板輸出電壓經(jīng)三端穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)后為微控制器供電，而驅(qū)動(dòng)放大電路直接由太陽能電池板供電。所以，要求配置的太陽能電池板最大功率點(diǎn)電壓為USB充電接口輸出電壓的1.5倍至2倍，以保證電壓調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)正常運(yùn)行。此外，該輸出電壓調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)還可由專用集成控制芯片實(shí)現(xiàn)。

三、總結(jié)

本文提出了一種玻璃幕墻太陽能USB插座創(chuàng)意方案，該方案除了節(jié)能環(huán)保、為廣大移動(dòng)設(shè)備用戶提供持續(xù)而方便的電源外，還有望讓我們的生活真正走進(jìn)綠色能源時(shí)代。