環(huán)保太陽能臺燈

黃任遠

隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，手機、平板電腦等便攜式電子設備迅速普及，我國每年淘汰的電子產(chǎn)品也因此高達數(shù)億部。

對于這類電子垃圾，一般可采用回收后分解、熔煉等方法重新獲取其中的可用資源，對于其中可充電的“電池類垃圾”，還可通過再利用的方式延長其使用壽命，從而保護環(huán)境。

從再利用的角度出發(fā)，本文給出了一種白天通過太陽能對充電電池進行充電，晚上通過電池放電驅(qū)動發(fā)光二極管的環(huán)保臺燈方案，有效延長了可充電“電池垃圾”的使用壽命。

一、基本原理

圖1中，太陽光經(jīng)過太陽能電池轉(zhuǎn)化為輸出并不穩(wěn)定的直流電，經(jīng)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后供充電控制電路使用。充電控制電路可根據(jù)電池的種類或特性，采用恒流、恒壓、脈沖等充電模式，以確保充電過程安全、高效地進行。

另外，方案同時提供了市電充電接口，以避免因長期光照不足而無法對電池充電的弊端。考慮電池容量的限制，照明部分采用具有較高電光轉(zhuǎn)化效率的發(fā)光二極管作為光源，在足夠亮度情況下可長時間使用。

發(fā)光二極管是典型的恒流器件，即發(fā)光亮度受驅(qū)動電流的控制，因此電池輸出必須經(jīng)過恒流控制，以確保發(fā)光二極管輸出亮度的穩(wěn)定。

二、充電電池容量估算

為確保能在足夠長的時間內(nèi)提供連續(xù)穩(wěn)定的照明，負責電能供給的充電電池必須具備足夠容量。設功耗為p的發(fā)光二極管連續(xù)穩(wěn)定工作的最大時長為t，電池的標稱電壓uB，則t時段內(nèi)負載消耗電量q=t*p/uB，電池的容量c可按照公式進行估算：

太陽能電池組輸出的穩(wěn)壓電路模塊選用前面提到的升降壓模組，該類型模塊不僅在輸出功率、輸出電壓等參數(shù)上滿足電池組充電的需要，同時具有很寬的電壓輸入范圍，可在更長時間內(nèi)將太陽能電池組輸出的能量轉(zhuǎn)化為輸出穩(wěn)定的直流源，有利于充電過程的進行。

3.組裝及調(diào)試

各個功能部件的具體連接過程如圖2所示。

①將太陽能電池正對太陽，確保電池有較大輸出功率，依次將電池的輸出正極、負極分別連接至升降壓模塊的輸入正極、負極，調(diào)節(jié)升降壓模塊的輸出電壓調(diào)節(jié)電阻，用萬用表觀察，使輸出電壓達到5.7V。

②在升降壓模塊的輸出正極正向串聯(lián)硅二極管，再連接到移動電源盒的輸入正極，同時輸出負極連接到輸入負極，觀察移動電源盒的輸入電壓是否為5V，調(diào)節(jié)升降壓模塊的輸出電壓，直至移動電源盒輸入端的電壓達到5V。

③斷開太陽能電池輸入，將8節(jié)鋰離子電池裝在移動電源盒內(nèi)，注意電池正負極的安裝順序，否則可能爆炸起火。確認無誤后重新接入太陽能電池，此時系統(tǒng)可為鋰離子電池組充電，移動電源盒的充電及電量指示燈會點亮。

④將移動電源盒的輸出正極通過開關(guān)連接升壓模塊的正極，輸出負極連接輸入負極，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)升壓模塊的輸出電壓并觀察，當輸出電壓達到12V時調(diào)節(jié)停止，同時斷開開關(guān)。

⑤將升壓模塊的輸出正極、負極分別連接至發(fā)光二極管模組輸入的正極、負極。發(fā)光二極管模組的供電極性一定不能反接，否則開關(guān)閉合后模組會立即燒毀。確認無誤后閉合開關(guān)，此時發(fā)光二極管模組點亮，組裝過程完成。

⑥打開開關(guān)，重新調(diào)整太陽能電池，使其對準太陽，白天充分充電后供晚間使用，記錄其連續(xù)工作時長后重新計算鋰離子電池模組的容量，使其滿足夜晚長時間照明的需要。

原理圖1與連接圖2存在一些差別。如圖2中不存在獨立的充電控制及恒流控制模塊。原因是移動電源盒內(nèi)置了充放電控制模塊，而發(fā)光二極管模組內(nèi)置了恒流驅(qū)動模塊；圖2中增加了升壓驅(qū)動模塊，是因為移動電源盒的輸出電壓為5V，而發(fā)光二極管模組的輸入電壓為12V，因此需要升壓模塊將5V輸出升壓到12V；圖2增加的二極管可避免非隔離電源的反向充電。

三、不足與改進

通過網(wǎng)上查找資料，在指導老師的精心指導下，我終于完成了環(huán)保太陽能臺燈的制作。實驗表明，該臺燈可穩(wěn)定工作，完全滿足夜間照明的需要，其實際參數(shù)與設計參數(shù)基本一致，但存在如下問題有待進一步改進。

1.所需部件通過網(wǎng)絡購買，“臺燈”缺少漂亮的外觀。

2.沒有對電路系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，制作成本偏高。

3.如果將原理圖1和連接圖2稍作修改，去除照明及對應的驅(qū)動部分，即可形成“太陽能充電寶或移動電源”方案，同樣能“廢物利用”。

隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，手機、平板電腦等便攜式電子設備迅速普及，我國每年淘汰的電子產(chǎn)品也因此高達數(shù)億部。

對于這類電子垃圾，一般可采用回收后分解、熔煉等方法重新獲取其中的可用資源，對于其中可充電的“電池類垃圾”，還可通過再利用的方式延長其使用壽命，從而保護環(huán)境。

從再利用的角度出發(fā)，本文給出了一種白天通過太陽能對充電電池進行充電，晚上通過電池放電驅(qū)動發(fā)光二極管的環(huán)保臺燈方案，有效延長了可充電“電池垃圾”的使用壽命。

一、基本原理

圖1中，太陽光經(jīng)過太陽能電池轉(zhuǎn)化為輸出并不穩(wěn)定的直流電，經(jīng)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后供充電控制電路使用。充電控制電路可根據(jù)電池的種類或特性，采用恒流、恒壓、脈沖等充電模式，以確保充電過程安全、高效地進行。

另外，方案同時提供了市電充電接口，以避免因長期光照不足而無法對電池充電的弊端。考慮電池容量的限制，照明部分采用具有較高電光轉(zhuǎn)化效率的發(fā)光二極管作為光源，在足夠亮度情況下可長時間使用。

發(fā)光二極管是典型的恒流器件，即發(fā)光亮度受驅(qū)動電流的控制，因此電池輸出必須經(jīng)過恒流控制，以確保發(fā)光二極管輸出亮度的穩(wěn)定。

二、充電電池容量估算

為確保能在足夠長的時間內(nèi)提供連續(xù)穩(wěn)定的照明，負責電能供給的充電電池必須具備足夠容量。設功耗為p的發(fā)光二極管連續(xù)穩(wěn)定工作的最大時長為t，電池的標稱電壓uB，則t時段內(nèi)負載消耗電量q=t*p/uB，電池的容量c可按照公式進行估算：

太陽能電池組輸出的穩(wěn)壓電路模塊選用前面提到的升降壓模組，該類型模塊不僅在輸出功率、輸出電壓等參數(shù)上滿足電池組充電的需要，同時具有很寬的電壓輸入范圍，可在更長時間內(nèi)將太陽能電池組輸出的能量轉(zhuǎn)化為輸出穩(wěn)定的直流源，有利于充電過程的進行。

3.組裝及調(diào)試

各個功能部件的具體連接過程如圖2所示。

①將太陽能電池正對太陽，確保電池有較大輸出功率，依次將電池的輸出正極、負極分別連接至升降壓模塊的輸入正極、負極，調(diào)節(jié)升降壓模塊的輸出電壓調(diào)節(jié)電阻，用萬用表觀察，使輸出電壓達到5.7V。

②在升降壓模塊的輸出正極正向串聯(lián)硅二極管，再連接到移動電源盒的輸入正極，同時輸出負極連接到輸入負極，觀察移動電源盒的輸入電壓是否為5V，調(diào)節(jié)升降壓模塊的輸出電壓，直至移動電源盒輸入端的電壓達到5V。

③斷開太陽能電池輸入，將8節(jié)鋰離子電池裝在移動電源盒內(nèi)，注意電池正負極的安裝順序，否則可能爆炸起火。確認無誤后重新接入太陽能電池，此時系統(tǒng)可為鋰離子電池組充電，移動電源盒的充電及電量指示燈會點亮。

④將移動電源盒的輸出正極通過開關(guān)連接升壓模塊的正極，輸出負極連接輸入負極，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)升壓模塊的輸出電壓并觀察，當輸出電壓達到12V時調(diào)節(jié)停止，同時斷開開關(guān)。

⑤將升壓模塊的輸出正極、負極分別連接至發(fā)光二極管模組輸入的正極、負極。發(fā)光二極管模組的供電極性一定不能反接，否則開關(guān)閉合后模組會立即燒毀。確認無誤后閉合開關(guān)，此時發(fā)光二極管模組點亮，組裝過程完成。

⑥打開開關(guān)，重新調(diào)整太陽能電池，使其對準太陽，白天充分充電后供晚間使用，記錄其連續(xù)工作時長后重新計算鋰離子電池模組的容量，使其滿足夜晚長時間照明的需要。

原理圖1與連接圖2存在一些差別。如圖2中不存在獨立的充電控制及恒流控制模塊。原因是移動電源盒內(nèi)置了充放電控制模塊，而發(fā)光二極管模組內(nèi)置了恒流驅(qū)動模塊；圖2中增加了升壓驅(qū)動模塊，是因為移動電源盒的輸出電壓為5V，而發(fā)光二極管模組的輸入電壓為12V，因此需要升壓模塊將5V輸出升壓到12V；圖2增加的二極管可避免非隔離電源的反向充電。

三、不足與改進

通過網(wǎng)上查找資料，在指導老師的精心指導下，我終于完成了環(huán)保太陽能臺燈的制作。實驗表明，該臺燈可穩(wěn)定工作，完全滿足夜間照明的需要，其實際參數(shù)與設計參數(shù)基本一致，但存在如下問題有待進一步改進。

1.所需部件通過網(wǎng)絡購買，“臺燈”缺少漂亮的外觀。

2.沒有對電路系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，制作成本偏高。

3.如果將原理圖1和連接圖2稍作修改，去除照明及對應的驅(qū)動部分，即可形成“太陽能充電寶或移動電源”方案，同樣能“廢物利用”。

隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，手機、平板電腦等便攜式電子設備迅速普及，我國每年淘汰的電子產(chǎn)品也因此高達數(shù)億部。

對于這類電子垃圾，一般可采用回收后分解、熔煉等方法重新獲取其中的可用資源，對于其中可充電的“電池類垃圾”，還可通過再利用的方式延長其使用壽命，從而保護環(huán)境。

從再利用的角度出發(fā)，本文給出了一種白天通過太陽能對充電電池進行充電，晚上通過電池放電驅(qū)動發(fā)光二極管的環(huán)保臺燈方案，有效延長了可充電“電池垃圾”的使用壽命。

一、基本原理

圖1中，太陽光經(jīng)過太陽能電池轉(zhuǎn)化為輸出并不穩(wěn)定的直流電，經(jīng)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后供充電控制電路使用。充電控制電路可根據(jù)電池的種類或特性，采用恒流、恒壓、脈沖等充電模式，以確保充電過程安全、高效地進行。

另外，方案同時提供了市電充電接口，以避免因長期光照不足而無法對電池充電的弊端?？紤]電池容量的限制，照明部分采用具有較高電光轉(zhuǎn)化效率的發(fā)光二極管作為光源，在足夠亮度情況下可長時間使用。

發(fā)光二極管是典型的恒流器件，即發(fā)光亮度受驅(qū)動電流的控制，因此電池輸出必須經(jīng)過恒流控制，以確保發(fā)光二極管輸出亮度的穩(wěn)定。

二、充電電池容量估算

為確保能在足夠長的時間內(nèi)提供連續(xù)穩(wěn)定的照明，負責電能供給的充電電池必須具備足夠容量。設功耗為p的發(fā)光二極管連續(xù)穩(wěn)定工作的最大時長為t，電池的標稱電壓uB，則t時段內(nèi)負載消耗電量q=t*p/uB，電池的容量c可按照公式進行估算：

太陽能電池組輸出的穩(wěn)壓電路模塊選用前面提到的升降壓模組，該類型模塊不僅在輸出功率、輸出電壓等參數(shù)上滿足電池組充電的需要，同時具有很寬的電壓輸入范圍，可在更長時間內(nèi)將太陽能電池組輸出的能量轉(zhuǎn)化為輸出穩(wěn)定的直流源，有利于充電過程的進行。

3.組裝及調(diào)試

各個功能部件的具體連接過程如圖2所示。

①將太陽能電池正對太陽，確保電池有較大輸出功率，依次將電池的輸出正極、負極分別連接至升降壓模塊的輸入正極、負極，調(diào)節(jié)升降壓模塊的輸出電壓調(diào)節(jié)電阻，用萬用表觀察，使輸出電壓達到5.7V。

②在升降壓模塊的輸出正極正向串聯(lián)硅二極管，再連接到移動電源盒的輸入正極，同時輸出負極連接到輸入負極，觀察移動電源盒的輸入電壓是否為5V，調(diào)節(jié)升降壓模塊的輸出電壓，直至移動電源盒輸入端的電壓達到5V。

③斷開太陽能電池輸入，將8節(jié)鋰離子電池裝在移動電源盒內(nèi)，注意電池正負極的安裝順序，否則可能爆炸起火。確認無誤后重新接入太陽能電池，此時系統(tǒng)可為鋰離子電池組充電，移動電源盒的充電及電量指示燈會點亮。

④將移動電源盒的輸出正極通過開關(guān)連接升壓模塊的正極，輸出負極連接輸入負極，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)升壓模塊的輸出電壓并觀察，當輸出電壓達到12V時調(diào)節(jié)停止，同時斷開開關(guān)。

⑤將升壓模塊的輸出正極、負極分別連接至發(fā)光二極管模組輸入的正極、負極。發(fā)光二極管模組的供電極性一定不能反接，否則開關(guān)閉合后模組會立即燒毀。確認無誤后閉合開關(guān)，此時發(fā)光二極管模組點亮，組裝過程完成。

⑥打開開關(guān)，重新調(diào)整太陽能電池，使其對準太陽，白天充分充電后供晚間使用，記錄其連續(xù)工作時長后重新計算鋰離子電池模組的容量，使其滿足夜晚長時間照明的需要。

原理圖1與連接圖2存在一些差別。如圖2中不存在獨立的充電控制及恒流控制模塊。原因是移動電源盒內(nèi)置了充放電控制模塊，而發(fā)光二極管模組內(nèi)置了恒流驅(qū)動模塊；圖2中增加了升壓驅(qū)動模塊，是因為移動電源盒的輸出電壓為5V，而發(fā)光二極管模組的輸入電壓為12V，因此需要升壓模塊將5V輸出升壓到12V；圖2增加的二極管可避免非隔離電源的反向充電。

三、不足與改進

通過網(wǎng)上查找資料，在指導老師的精心指導下，我終于完成了環(huán)保太陽能臺燈的制作。實驗表明，該臺燈可穩(wěn)定工作，完全滿足夜間照明的需要，其實際參數(shù)與設計參數(shù)基本一致，但存在如下問題有待進一步改進。

1.所需部件通過網(wǎng)絡購買，“臺燈”缺少漂亮的外觀。

2.沒有對電路系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，制作成本偏高。

3.如果將原理圖1和連接圖2稍作修改，去除照明及對應的驅(qū)動部分，即可形成“太陽能充電寶或移動電源”方案，同樣能“廢物利用”。