4.11　实例18：太阳能照明装置制作

本节介绍一种简单的可作为车或船用12V蓄电池的慢速充电装置。它能使电池在充足的阳光下处于良好的使用状态。

本装置白天通过对一个12V镍镉电池充电，可带动一个带逆变器的12V、8W荧光灯。试验表明，在秋季，每天能为8W荧光灯提供20min能源。对于大多数用途，20min的照明时间是很可观的。即使是在冬季，该装置仍可提供一段很有用的照明时间。

4.11.1　使用太阳能面板

用于该太阳能照明装置的太阳能电池的面板面积为30cm2，配有以非晶质硅为材料的光敏电池，在太阳光很强时可提供200mA的输出电流。在秋季和冬季的中等阳光下可保证10～20mA的电流输出。这些试验数据是把太阳能电池放置在玻璃或塑料窗后面获得的。因为在实际使用中，太阳能电池必须加有保护装置以防雨水。

该装置的蓄电池由放在一个适合的电池架上的10个5号镍镉电池组成，最大续充电电流约为50mA。由于在夏天日照强烈，充电电流会超出4倍，所以要限流防止装置被损坏。在冬季，输出电流一般会低于50mA，所以限流除稍微减小充电电流（典型值为4mA）外，还设计了其他用处，即在该装置上安装一个正常/增强转换开关，在夏季可以绕过限流电路，使多余的电流用于快速充电。夏季应特别谨慎地使用该装置以防止因过充电而引起蓄电池损坏。

4.11.2　使用更大容量的电池

在不是每天都使用照明装置的情况下，大容量电池可储备够用若干天的能源，因此在一段时间内可随时使用。如果使用标准的C型（2号）电池（容量为l.2A·h），则即使是在秋季，按三天为一周期，也可望有将近一小时的照明。

当给12V汽车用电池或较小的铅酸电池慢速充电时，可不设置限流，可简化电路。为提供12V电压，需要有10个镍镉电池。这是因为与一次性电池不同，这类电池的输出电压仅为1.2V而不是1.5V。在前面板可安装一个电流计以指示充电电流，对于检查在各种情况下的充电率、调节太阳能板的角度以得到最佳效果是很有帮助的。当然也可以不使用电流计，而是将万用表连接在该装置上的一对插座内，可节省费用。在不使用万用表时，可将两个接万用表的插座用跨接线短路，以保持充电电路不致断路。

4.11.3　灯具

虽然一般来说使用12V、8W的灯具较合适，但为提高亮度，可使用13W灯具。当然这相应缩短了电池的使用时间。当有高容量电池作为后盾时，采用亮度高的灯具是适宜的。使用白炽灯泡并不令人满意，因为为获得适当的亮度，这种灯泡将使电池消耗过快。

4.11.4　电路

对于慢速向铅酸汽车型电池或可接受连续充电电流超过200mA的镍镉电池（工业C型或D型电池，容量分别为2A·h和4A·h）充电的电路图如图4.22所示（汽车电池慢速充电器）。图中，电流经二极管D1、电流表ME1及熔断器FS1到被充电的电池。二极管D1可防止在循环条件下向太阳能电池放电。

对于要设定最小充电电流为50mA的5号充电电池，或充电电流为140mA的2号镍镉电池，应采用如图4.23所示电路充电。IC1为一种稳压集成电路。

假设暂时把正常/增强开关S1置于正常状态，当明亮的光线落在太阳能电池SP1上时，电流送至IC1的输入端引脚1。虽然IC1是一个能提供电压和电流控制的复杂器件，但在此处只用作限流器。

在ICl引脚5和引脚2之间连接固定电阻R1，将临界电流设定为50mA时，R1的阻值为10Ω，140mA时为3.3Ω。若太阳能电池SP1提供的电流低于该临界值，则只能稍微降低一些输出电流。当高于该临界值时，从IC1引脚2可获得与临界值相等的稳定输出电流，剩余的能量以热的形式释放。IC1有相当大的额定功耗，所产生的多余能量不会大到足以需要使用散热器。

从IC1输出的电流经二极管D2、电流表ME1（或2mm插销和插座相连的外接电流表）及熔断器FS1给电池组B1充电。二极管D2可防止在光线暗淡时，如夜间，B1向IC1放电。当正常/增强开关S1置于增强位置时，太阳能电池从IC1输入端的引脚1断开，经二极管D1与输出端直接连接，使太阳能电池提供的最大电流流入电池组B1；使电阻R2与电流表并联。R2的阻值应选定为电流表阻值的1/3，可使电流表的量程扩大至原来的4倍，即满量程为400mA。

二极管D1可防止在黑暗条件下开关S1置于增强位置时经太阳能电池板放电。电容C1和C2可使IC1稳定地工作。

4.11.5　结构

如果是一个简单的电路，如汽车电池慢速充电电路，见图4.22，即没有限流装置的电路，则无须电路板。唯一活动的元器件是串在连线中的二极管Dl。在连线时，注意电流表和二极管D1的极性。电流表应有250mA或500mA的量程。

如果采用带有限流装置的标准型电路，如图4.24，则首先根据所用电流表的内阻计算所需电阻R2的阻值。对于0.6Ω内阻的电流表，R2的阻值应为0.2Ω；对于0.8Ω内阻的电流表，R2的阻值大约应为0.27Ω。由于不需要很高的精度，所以对阻值的要求不是很苛刻。在任何情况下，开关处都会有一定量的接触电阻，从而会产生一些偏差。

这些阻值的单一电阻可能不易购得，可用几个电阻凑合（串、并联）的办法。图4.25为元器件布置和接线图。

电路板由通用条形印制电路板构成，共有10个导线条，每个条上有18个孔，按所需将条形板的适当地方切断。

ICl是一个5脚器件，轻轻弯曲引脚使之与印制电路板的条形板孔相吻合，将这些引脚插入孔中，即可用电烙铁焊接。接着装配其他元器件。注意，二极管D1和D2应按指明的极性正确连接。

4.11.6　设置和调试

通过配备一个接有2.1mm电源插头适当长度的双芯软线与太阳能电池板连接。在阳光充足的夏季，装置会导致电池的过分充电，尤其是采用AA型电池时更是如此。使用放完电的电池进行测试，可以避免这一现象。

在放完电的情况下可在高达250mA的电流状态下安全充电2h左右，用较高容量的电池可以有更大的自由。如果没有采用内装电流表，则可将万用表电流挡连接到2.1mm插座，注意极性。

为太阳能电池选择一个合适的安放位置，不应放在户外，应放在南窗户后面以保护太阳能电池不受雨淋。将开关S1置于增强位置，并调整太阳能电池的方向以使阳光直射状态的时间最长。这可以通过经常检查电流而看出。如果没有电流表，则可直接通过对太阳能电池的受光情况进行判断。

将正常/增强开关置于正常位置，在提供的阳光足够亮的情况下，电流表显示的最小电流读数大约为50mA（或140mA）是合适的，否则应改变R1的阻值。另外，电流表的读数取决于落在太阳能电池上光线的多少。

在夏季，200mA下的增强充电能在2h内完成对AA型电池的充电。在冬季，开关能持续地放在增强位置，提供的电流维持在50mA以下，将为充电电流增加几毫安。