藏区太阳能照明壁柜砖系统的设计实现

1 引言
太阳能作为一种可持续利用的清洁能源，日益受到世界各国的重视。西藏地区，地广人稀，太阳能光伏发电成为首选。西藏地区最为迫切的问题不是广泛建立光伏发电站，具体原因有：首先，光伏发电站的建站成本高，目前，其成本是采用燃煤发电的10倍左右；另一方面，要考虑到维护成本，如果设备在交付使用后，终身由供货公司维护，势必付出高昂的维护经费，尤其设备安装在偏远山区，维护不方便。而高昂的成本使太阳能光伏发电设备在西藏地区推广步履维艰。该系统是为西藏地区藏式建筑设计的一个太阳能光伏发电照明系统，可嵌入到建筑材料中，使用方便。

2 设计思路
通过调查发现，藏民们最希望解决照耀和手机充电问题。不难看出，采用小型化的光伏发电系统解决藏民的切身问题才是关键。西藏地区的阳光充分，藏式建筑多是南北朝向，并且在朝向南方的地方设置阳台或窗户。如果在靠南的墙上设计一个壁柜形状的“砖”，在这块“砖”靠墙外处安装上太阳能光伏电池板，而“砖”靠墙内处则安装上照明负载、手机充电接头及控制面板，那么，这块壁柜照明“砖”可同时解决照明和手机充电问题。光伏充电系统、蓄电池、系统控制板、太阳能光伏充电控制器等电子设备全部安装在壁柜“砖”内，同时，为了方便更换电池，把太阳能壁柜砖设计成能够像壁柜一样，可以通过合页打开(安装高度宜为1．5 m处，方便用户操作)。
为了使该系统能够为广大藏民所接受，必须考虑以下几点：(1)由于终端用户是广大藏区，因此系统控制界面必须考虑藏文界面、汉字界面以及藏语提示3种功能，使人机交互更加人性化，方便藏民使用；(2)在偏远山区，夜晚藏式建筑室内光线很弱，必须增加遥控功能；(3)在系统充电时，必须考虑两级保护措施，即：硬件电路保护和软件电路保护，以免在误操作情况下系统无法正常工作；(4)为了保护铅酸蓄电池，必须使用功率稍大的太阳能电池板，提高充电效率，避免铅酸电池处于亏损状态，从而可以延长蓄电池的使用寿命。

3 系统硬件组成
系统硬件主要由SPCE061A主控板、太阳能电池板、太阳能充放电控制器、蓄电池组成，如图1所示。

图1中，LCD采用SPLC501模组，通过SPCE061A直接控制，配合键盘输入来设置和显示系统的相关信息；状态指示灯直接显示系统当前的状态(如充电状态)；键盘设计比较简洁，主要仿造鼠标的操作来设计，使用户对系统的设置和操作简单化，共设置3个键：上翻、下翻和确认键；语音提示则使用SPCE061A的DA通道，经过由SPY0030构成的音频放大电路直接输出到扬声器；太阳能电池板的开路电压为20 V，考虑到对蓄电池的保护，选用8 W型号；蓄电池选用20AH，DC12V型；最后，在控制器引出多路强制开关和负载输出接口。