不间断式太阳能供电设备的设计

2．太阳能与市电供电自动切换电路
用CMOS反相器构成的施密特触发器如上图所示，其电路的同相电压传输特性如下图所示，电路设计时参数设定：正向阀值VT+=7V，负向阀值VT=-3V，确定可变电阻器RP1与电阻器R5的值。

从上式两式解出RP1/R5=2/5，V1H=SV，那么VDD取10V。
为保证G6输出高电平时的负载电流不超过最大允许值IOHmax应使(VOH-VTH)／R5(10-5)/1.3=3.85(kΩ)故取R5=20kΩ，RP1=2.R5/5=8(kΩ)。实际取RP1为15kΩ可调电位器。
当有太阳光照的情况下，太阳能电池板对蓄电池进行充电，照明电路电源由蓄电池供给；当连续数天阴雨绵绵时，无太阳光对蓄电池进行充电，蓄电池上的电荷逐渐被消耗掉，导致蓄电池的端电压逐渐降低，引起非门电路c5的输入端电压降低，当低到与负向阀值（VT_=3V）电压相等时，施密特触发器翻转，G5输出高电平，G6输出低电平（同相输出），经G7倒相输出高电平，单向可控硅VS1导通，220V市电电压经变压器T降压，二极管(D7～D10)整流、C5滤波后，再经LM7809稳压，形成9V的直流电压对照明电路进行供电。同时，造成二极管D3、D4反偏而截止，蓄电池El、E2向负载供电回路被切断。
同理，当阳光来临时，蓄电池立即被充电，蓄电池上的电压不断的上升，当升到11V时，即G1输入端的电压与正向阀值(VTF7V)相同，施密特触发器再次翻转，单向可控硅VS1截止，市电被切断，供电电路转而由蓄电池提供。如此，周而复始地进行着，构成了以太阳能为主，市电为辅的居家不间断式供电系统。

3．路灯控制与照明电路
白天，光敏电阻受到光照而使电阻变小，与非门电路C1输入端为低电平，经两次（与非）倒相后，C2输出端为低电平，D6截止，C3输入端为低电平，再经两次（与非）倒相后，G4输出端亦为低电平，单向可控硅VS2截止，灯HL1熄灭。
夜晚，光敏电阻RG未受到光照而阻值变大，但由于三极管BG在本电路所设置的参数下，是处于导通状态，三极管BG集电极（G1输入端）仍处于低电平，单向可控硅VS2仍处于截止状态，灯HL1熄灭；当有人触摸TP触点或说话时，人体感应的信号或音频信号经三极管BG放大后，在R10上形成信号电压，导致瞬间三极管集电极为高电平，同理，经两次（与非）倒相后，G2输出端为高电平，D6导通，对C3充电，G3输入端为高电平，再经两次（与非）倒相后，G4输出端亦为高电平，单向可控硅VS2导通，灯HL1被点亮。当人体触摸TP触点动作或说话声音过后，三极管BG集电极（G1输入端）恢复到低电平，C2输出端亦为低电平，电容C3对R1l放电，当C3的电压放电到低电平值时，G3、CA与非门状态翻转，单向可控硅VS2截止，灯HL1才熄灭（按图1中所示，电路中所标元器件的参数值，灯点亮持续时间约2.5min）。
室内照明电路，开关(SW1、SW2、SW3)，Xl’(HL2、HL3、KIA)构成室内照明电路，人们可通过控制开关的通与断，来实现电灯的亮与暗。

二、电路调整
本电路结构简单，无需太多的调整就可实现。但有一点需提醒的是，何时由蓄电池供电，何时由市电供电，这应由太阳能电池板、蓄电池的容量等综合因数来决定。本电路电源电压VDD是随着蓄电池上电压等变化而变化。因此，还必须通过调整可变电阻器RP1及电阻R4的阻值，使得蓄电池上的电压当低于8.5V时，转为市电供电；当高于11V时，又转为蓄电池供电。

三、元器件选择
传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出。丰富的太阳辐射能是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达8×l05kW，假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能，且转化率只有5%，那么，每年发电量可达5.6×1012kW．h，相当于目前世界上能耗的40倍。因此，研究和利用太阳能意义重大，但由于目前太阳能的利用还未普及，关键部件还比较昂贵，因此如何根据性价比指标，合理的选择零部件显得尤其重要。
太阳能电池板与蓄电池的选取：
选一块多晶硅电池的组件，最大的输出功率Pm（额定功率）为50W，峰值电压(额定电压)Ump为15V．峰值电流（额定电流）为3A，若某地区有效光照时间h为12h，太阳能电池的发电效率为：u=0.7，蓄电池的补偿值为n=1.4，计算太阳能电池一天的发电量和所需蓄电池的容量。
那么，太阳能电池的日发电量：M=Pmx h×u=50×12×0.7=420(W.h)日电量等于输出电流与有效光照时间的乘积，即：
C=I×H(Ah)o C=Ph/U=50×12/15=40(Ah)蓄电池电压的选取：目前生产太阳能电池产品种类和规格很多，对于蓄电池来讲一般有6V、12V、24V的。那么如何将太阳能电池和蓄电池配接起来？通常来说太阳能电池的额定输出电压是蓄电池电压的1.25～1.5倍，这是因为蓄电池的充电效率决定的，因为太阳能电池的充电，不像使用市电给蓄电池充电一样有较大的选择余地，况且它在给蓄电池充电的时候功率波动比较大，这要先考虑太阳能电池的成本问题。假如蓄电池的充电补偿值定位1.4倍，那么一个额定12V电压的蓄电池应当选配的太阳能电池的电压为：12V×(1.25~1.5)=15~18V左右的太阳能电池。
实际蓄电池的有效容量要在C=40/1.40≈28.6(Ah)以上，考虑到要保证夏天连续数日强日照，太阳能充电系统能安全使用，故选用太阳能专用蓄电池其型号为：
E1,12V/36Ah;E2，12V/24Ah铅封铅酸密封电池各一个。
本电路太阳能电池板选用：50W多晶硅，钢化玻璃封装，户外使用，25年寿命，其外形图如下图所示，参数如下表所示。

输出设备选用：低压电子节能灯，启动电压低至8V;发光效率高，启动快，无频闪现象；平均寿命长达5000h，标称值：9V/7W节能灯四个。
系统功能：正常充电情况下，每日充电量能保证两只9V/7W直流节能灯连续使用12h左右，可供居家连续阴雨3~4d正常使用。
集成电路：G1~04选用四个2输入与非门74LS00，其外引线排列图如上图(略)所示；C5、C6、C7选用CC4069CMOS六反向器，其外引线排列图如下图(略)所示。

本电路电源所提供的vcc电压是从8.5~14V，为r使集成块在低电压下能工作，在高电压。F工作又不至于损坏，经估算和经验值知74LS00VCC与电源(D3、D4负端)之间要串接一个1kΩ的限流电阻，CC4069VCC与电源(D3、D4负端)之间要串接一个270n的限流电阻。
D1、D2为隔离二极管，选用1N4001，若本地区光照不是很足，也可选用太阳能电池板专用肖特基隔离二极管，其最大反向电压为40V时，正向压降仅为0.2V。
光敏电阻RC，选用2CUZB型。
单向可控硅VS1、VS2，选用1A/100V。

四、太阳能电池板的安装
太阳能电池板可安装在阳台、屋顶和空旷的草坪L。在安装时，应严格按产品说明书所规定的技术规范进行安装、所有的紧固件都必须要装牢外，还得要做好防雷装置的安装，若太阳能电池板安装在屋顶或空旷的草坪上，应安装一个避雷针（若太阳能电池板已处在高层建筑物现有避雷针下述1点的保护网范围内，可不必另行安装），安装时要做到以下几点：
①避雷针的保护范围是个圆锥体，圆锥的顶点是避雷针的最高点，圆锥的母线与避雷；针的夹角理论上是45度，但为了保险起见，保护范围其夹角经验值一般选取37。
②避雷针应安装在太阳能电池板的背光面；
③避雷针与太阳能电池板最近的构件之间的距离应等于或大于3m；
④避雷针的接地可与现有建筑物可靠的接地网焊牢在一起，也可重新按规范进行埋设；
⑤避雷针的设计与制作应符合GB50057-94建筑物防雷设计规范（2000年版）的要求。