不間斷式太陽(yáng)能供電設(shè)備的設(shè)計(jì)

2．太陽(yáng)能與市電供電自動(dòng)切換電路
用CMOS反相器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器如上圖所示，其電路的同相電壓傳輸特性如下圖所示，電路設(shè)計(jì)時(shí)參數(shù)設(shè)定：正向閥值VT+=7V，負(fù)向閥值VT=-3V，確定可變電阻器RP1與電阻器R5的值。

從上式兩式解出RP1/R5=2/5，V1H=SV，那么VDD取10V。
為保證G6輸出高電平時(shí)的負(fù)載電流不超過(guò)最大允許值IOHmax應(yīng)使(VOH-VTH)／R5(10-5)/1.3=3.85(kΩ)故取R5=20kΩ，RP1=2.R5/5=8(kΩ)。實(shí)際取RP1為15kΩ可調(diào)電位器。
當(dāng)有太陽(yáng)光照的情況下，太陽(yáng)能電池板對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，照明電路電源由蓄電池供給；當(dāng)連續(xù)數(shù)天陰雨綿綿時(shí)，無(wú)太陽(yáng)光對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，蓄電池上的電荷逐漸被消耗掉，導(dǎo)致蓄電池的端電壓逐漸降低，引起非門電路c5的輸入端電壓降低，當(dāng)?shù)偷脚c負(fù)向閥值（VT_=3V）電壓相等時(shí)，施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，G5輸出高電平，G6輸出低電平（同相輸出），經(jīng)G7倒相輸出高電平，單向可控硅VS1導(dǎo)通，220V市電電壓經(jīng)變壓器T降壓，二極管(D7～D10)整流、C5濾波后，再經(jīng)LM7809穩(wěn)壓，形成9V的直流電壓對(duì)照明電路進(jìn)行供電。同時(shí)，造成二極管D3、D4反偏而截止，蓄電池El、E2向負(fù)載供電回路被切斷。
同理，當(dāng)陽(yáng)光來(lái)臨時(shí)，蓄電池立即被充電，蓄電池上的電壓不斷的上升，當(dāng)升到11V時(shí)，即G1輸入端的電壓與正向閥值(VTF7V)相同，施密特觸發(fā)器再次翻轉(zhuǎn)，單向可控硅VS1截止，市電被切斷，供電電路轉(zhuǎn)而由蓄電池提供。如此，周而復(fù)始地進(jìn)行著，構(gòu)成了以太陽(yáng)能為主，市電為輔的居家不間斷式供電系統(tǒng)。

3．路燈控制與照明電路
白天，光敏電阻受到光照而使電阻變小，與非門電路C1輸入端為低電平，經(jīng)兩次（與非）倒相后，C2輸出端為低電平，D6截止，C3輸入端為低電平，再經(jīng)兩次（與非）倒相后，G4輸出端亦為低電平，單向可控硅VS2截止，燈HL1熄滅。
夜晚，光敏電阻RG未受到光照而阻值變大，但由于三極管BG在本電路所設(shè)置的參數(shù)下，是處于導(dǎo)通狀態(tài)，三極管BG集電極（G1輸入端）仍處于低電平，單向可控硅VS2仍處于截止?fàn)顟B(tài)，燈HL1熄滅；當(dāng)有人觸摸TP觸點(diǎn)或說(shuō)話時(shí)，人體感應(yīng)的信號(hào)或音頻信號(hào)經(jīng)三極管BG放大后，在R10上形成信號(hào)電壓，導(dǎo)致瞬間三極管集電極為高電平，同理，經(jīng)兩次（與非）倒相后，G2輸出端為高電平，D6導(dǎo)通，對(duì)C3充電，G3輸入端為高電平，再經(jīng)兩次（與非）倒相后，G4輸出端亦為高電平，單向可控硅VS2導(dǎo)通，燈HL1被點(diǎn)亮。當(dāng)人體觸摸TP觸點(diǎn)動(dòng)作或說(shuō)話聲音過(guò)后，三極管BG集電極（G1輸入端）恢復(fù)到低電平，C2輸出端亦為低電平，電容C3對(duì)R1l放電，當(dāng)C3的電壓放電到低電平值時(shí)，G3、CA與非門狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，單向可控硅VS2截止，燈HL1才熄滅（按圖1中所示，電路中所標(biāo)元器件的參數(shù)值，燈點(diǎn)亮持續(xù)時(shí)間約2.5min）。
室內(nèi)照明電路，開(kāi)關(guān)(SW1、SW2、SW3)，Xl’(HL2、HL3、KIA)構(gòu)成室內(nèi)照明電路，人們可通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的通與斷，來(lái)實(shí)現(xiàn)電燈的亮與暗。

二、電路調(diào)整
本電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需太多的調(diào)整就可實(shí)現(xiàn)。但有一點(diǎn)需提醒的是，何時(shí)由蓄電池供電，何時(shí)由市電供電，這應(yīng)由太陽(yáng)能電池板、蓄電池的容量等綜合因數(shù)來(lái)決定。本電路電源電壓VDD是隨著蓄電池上電壓等變化而變化。因此，還必須通過(guò)調(diào)整可變電阻器RP1及電阻R4的阻值，使得蓄電池上的電壓當(dāng)?shù)陀?.5V時(shí)，轉(zhuǎn)為市電供電；當(dāng)高于11V時(shí)，又轉(zhuǎn)為蓄電池供電。

三、元器件選擇
傳統(tǒng)的燃料能源正在一天天減少，對(duì)環(huán)境造成的危害日益突出。豐富的太陽(yáng)輻射能是取之不盡、用之不竭的、無(wú)污染、廉價(jià)、人類能夠自由利用的能源。太陽(yáng)能每秒鐘到達(dá)地面的能量高達(dá)8×l05kW，假如把地球表面0.1%的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)為電能，且轉(zhuǎn)化率只有5%，那么，每年發(fā)電量可達(dá)5.6×1012kW．h，相當(dāng)于目前世界上能耗的40倍。因此，研究和利用太陽(yáng)能意義重大，但由于目前太陽(yáng)能的利用還未普及，關(guān)鍵部件還比較昂貴，因此如何根據(jù)性價(jià)比指標(biāo)，合理的選擇零部件顯得尤其重要。
太陽(yáng)能電池板與蓄電池的選取：
選一塊多晶硅電池的組件，最大的輸出功率Pm（額定功率）為50W，峰值電壓(額定電壓)Ump為15V．峰值電流（額定電流）為3A，若某地區(qū)有效光照時(shí)間h為12h，太陽(yáng)能電池的發(fā)電效率為：u=0.7，蓄電池的補(bǔ)償值為n=1.4，計(jì)算太陽(yáng)能電池一天的發(fā)電量和所需蓄電池的容量。
那么，太陽(yáng)能電池的日發(fā)電量：M=Pmx h×u=50×12×0.7=420(W.h)日電量等于輸出電流與有效光照時(shí)間的乘積，即：
C=I×H(Ah)o C=Ph/U=50×12/15=40(Ah)蓄電池電壓的選?。耗壳吧a(chǎn)太陽(yáng)能電池產(chǎn)品種類和規(guī)格很多，對(duì)于蓄電池來(lái)講一般有6V、12V、24V的。那么如何將太陽(yáng)能電池和蓄電池配接起來(lái)？通常來(lái)說(shuō)太陽(yáng)能電池的額定輸出電壓是蓄電池電壓的1.25～1.5倍，這是因?yàn)樾铍姵氐某潆娦蕸Q定的，因?yàn)樘?yáng)能電池的充電，不像使用市電給蓄電池充電一樣有較大的選擇余地，況且它在給蓄電池充電的時(shí)候功率波動(dòng)比較大，這要先考慮太陽(yáng)能電池的成本問(wèn)題。假如蓄電池的充電補(bǔ)償值定位1.4倍，那么一個(gè)額定12V電壓的蓄電池應(yīng)當(dāng)選配的太陽(yáng)能電池的電壓為：12V×(1.25~1.5)=15~18V左右的太陽(yáng)能電池。
實(shí)際蓄電池的有效容量要在C=40/1.40≈28.6(Ah)以上，考慮到要保證夏天連續(xù)數(shù)日強(qiáng)日照，太陽(yáng)能充電系統(tǒng)能安全使用，故選用太陽(yáng)能專用蓄電池其型號(hào)為：
E1,12V/36Ah;E2，12V/24Ah鉛封鉛酸密封電池各一個(gè)。
本電路太陽(yáng)能電池板選用：50W多晶硅，鋼化玻璃封裝，戶外使用，25年壽命，其外形圖如下圖所示，參數(shù)如下表所示。

輸出設(shè)備選用：低壓電子節(jié)能燈，啟動(dòng)電壓低至8V;發(fā)光效率高，啟動(dòng)快，無(wú)頻閃現(xiàn)象；平均壽命長(zhǎng)達(dá)5000h，標(biāo)稱值：9V/7W節(jié)能燈四個(gè)。
系統(tǒng)功能：正常充電情況下，每日充電量能保證兩只9V/7W直流節(jié)能燈連續(xù)使用12h左右，可供居家連續(xù)陰雨3~4d正常使用。
集成電路：G1~04選用四個(gè)2輸入與非門74LS00，其外引線排列圖如上圖(略)所示；C5、C6、C7選用CC4069CMOS六反向器，其外引線排列圖如下圖(略)所示。

本電路電源所提供的vcc電壓是從8.5~14V，為r使集成塊在低電壓下能工作，在高電壓。F工作又不至于損壞，經(jīng)估算和經(jīng)驗(yàn)值知74LS00VCC與電源(D3、D4負(fù)端)之間要串接一個(gè)1kΩ的限流電阻，CC4069VCC與電源(D3、D4負(fù)端)之間要串接一個(gè)270n的限流電阻。
D1、D2為隔離二極管，選用1N4001，若本地區(qū)光照不是很足，也可選用太陽(yáng)能電池板專用肖特基隔離二極管，其最大反向電壓為40V時(shí)，正向壓降僅為0.2V。
光敏電阻RC，選用2CUZB型。
單向可控硅VS1、VS2，選用1A/100V。

四、太陽(yáng)能電池板的安裝
太陽(yáng)能電池板可安裝在陽(yáng)臺(tái)、屋頂和空曠的草坪L。在安裝時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按產(chǎn)品說(shuō)明書所規(guī)定的技術(shù)規(guī)范進(jìn)行安裝、所有的緊固件都必須要裝牢外，還得要做好防雷裝置的安裝，若太陽(yáng)能電池板安裝在屋頂或空曠的草坪上，應(yīng)安裝一個(gè)避雷針（若太陽(yáng)能電池板已處在高層建筑物現(xiàn)有避雷針下述1點(diǎn)的保護(hù)網(wǎng)范圍內(nèi)，可不必另行安裝），安裝時(shí)要做到以下幾點(diǎn)：
①避雷針的保護(hù)范圍是個(gè)圓錐體，圓錐的頂點(diǎn)是避雷針的最高點(diǎn)，圓錐的母線與避雷；針的夾角理論上是45度，但為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，保護(hù)范圍其夾角經(jīng)驗(yàn)值一般選取37。
②避雷針應(yīng)安裝在太陽(yáng)能電池板的背光面；
③避雷針與太陽(yáng)能電池板最近的構(gòu)件之間的距離應(yīng)等于或大于3m；
④避雷針的接地可與現(xiàn)有建筑物可靠的接地網(wǎng)焊牢在一起，也可重新按規(guī)范進(jìn)行埋設(shè)；
⑤避雷針的設(shè)計(jì)與制作應(yīng)符合GB50057-94建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范（2000年版）的要求。