简易太阳能充电器的设计与制作实验报告

本文所设计的太阳能充电器主要是

针对手机的充电，同时应用到移动充电

宝上。通过实验操作和实践制作，对设

计的两个方案进行测试，分析方案设计

原理，总结出不同方案的优缺点。测试

证明，太阳能作为新型能源，完全可以

简易太阳能充电器的设计与制作实验报告

应用到移动设备充电并加以推广。

1 设计背景与意义

近年来随着能源短缺问题日益突出，

太阳能等新型替代能源应用日益受到重

视。太阳能是洁净可再生能源，如果能提

高太阳能使用率，那么对将来的发展会产

生重大的影响，尤其是将太阳能应用在移

动充电宝上，对我们的生活来讲将是方便

的。手机及微电子设备充电如果能用太阳

这样随需随取的能源，则根据统计iPhone和

iPod Touch的销售情况，每天用太阳能代替

◇

石化燃料能源，我们将会节省50,644千兆瓦

四川省内江市第六中学

时的能量，相当于每年少制造75,965,625磅

的二氧化碳。如果能够推广开来，那无疑

是为我国的环保事业添砖加瓦。太阳能充

电器因其结构简单、无需铺设电缆，且搭

建、携带较为方便等特点，尤其是将太阳

能充电与充电宝结合，这样的技术将有着

广泛应用前景。在当前大力倡导环保节能

型社会的今天，并且作为二十一世纪的中

学生，如果能够掌握制作简易太阳能充电

陈桢函

器解决急需的充电问题，无疑是增加一项

用科学提升生存能力的本领。下面，根据

笔者的设计和实验操作及实践制作，就制

作简易太阳能充电器的原理和过程及进一

步延伸开发作简要论述。

2 设计方案

设计两种经济可行的方案。

2.1 设计方案1

方案原理结构图如图1所示。

图1 设计方案1原理结构框图

图1中，粗实线内部是目前商品化的充

电宝原理框图。外置5 V电源通过充电输

入，经过内部充放电控制电路降压限流，

对内置3.7 V锂电池充电，充电结束电路自

动停止工作；放电时，通过内部充放电控

制电路升压，通过5 V放电端对外接设备充

电，当放电到锂电池容量下限时，停止放

电；充电不能过充，放电也不能过放，以

学术研讨

141

免锂电池损坏。

设计方案将将太阳能电池通过二极管

直接并联在锂电池上。当太阳能电池受到

足够的光照而使输出电压大于锂电池的电

压时（通常在3.5 V~4.2 V之间），二极管

导通，太阳能电池对锂电池充电。当光照

不够或电池容量足电压较高，太阳能电池

电压低于锂电池电压，二极管不导通。也

就是说，锂电池只能接收太阳能电池的能

量，而不能对太阳能电池输出能量。

一般来说，太阳能电池可以选输出电

压在5 V左右，输出电流在1/10C（C为锂电

池容量）左右比较合适，同时利用其内阻

限制充电电流的不至于过大，起到保护锂

电池的作用。二极管选择低压降（0.2 V左

右）的肖特基二极管，耐压大于10 V就可

以了。

该方案的优点是：所需器材较少，成

本低廉，利于制作。缺点是：对光照有一

定要求，当照不够时无法充电，太阳能电

池利用率不高。制作时会破坏充电宝以便

引入线，当然若是商品化生产，可以不存

在这个问题。另外充电过程没有指示灯，

充电处于静默状态，心里感觉不是很踏

实。

2.2 设计方案2

方案原理结构图如图2所示。

图2 设计方案2原理结构框图

充电宝原理与方案1相同。该方案是利

用DC-DC升压模块，将太阳能电池的不稳

定电压升压为稳定的5 V电压，直接通过充

电宝5 V输入，为充电宝内部锂电池充电。

由于充电宝内部保护电路的作用，太阳能

电池和升压模块可以选择容量较大的型

号，以便于缩短充电时间。

该方案的优点是：基本消除了光照变

化的因素，一旦有光照，DC-DC就会将太

阳能电池输出电压升压到稳定的5V，大幅

度提高了太阳能的利用率。同时，电池的

保护功能基本不受影响，充电时，状态指

示完善。另外，制作时无需拆开充电宝，

可用USB线对充电宝进行充电。缺点是：

成本较高。

3 制作步骤

3.1 准备材料工具

142

2020 年 第 2 期

注意焊到胶皮处使导线完全焊入以防短路，制作如图6所示。

（4）用USB连接线将升压模块与手机充电接口连接起来，

把太阳电池板放在强光下，此时便可用模块对手机进行充电

了，效果如图7所示。

材料：通过网络购置太阳能电池（5 V，60 mA）、二极

管、DC-DC升压模块（0.9 V~5 V输入，5 V、500 mA输出）、

充电线、充电宝等，收集导线若干。主要材料如图3所示。

图3 制作主要材料

图4 品胜10000mAh充电宝

打开后的内部结构

工具：电烙铁、万用电表、老虎钳、剪刀、改刀等。

3.2 方案1制作

（1）将商品充电宝打开，如图4所示，露出内部电池。

（2）可以看出，内部胶合的非常牢固，很难再次加工，考

虑安全问题，放弃本方案的制作。读者可以根据2.1原理介绍自

行理解后续过程。

3.3 方案2制作

（1）用电烙铁将太阳能电池板与导线焊接，红线焊正极，

黑线焊负极，制作如图5所示。

图7 太阳能电池对手机充电的效果 图8 太阳能电池对充电宝充电的效果

（5）用USB连接线将升压模块与充电宝充电接口连接起

来，把太阳电池板放在强光下，此时便可用模块对充电宝进行

充电了，效果如图8所示。

4 小结

（1）此装置可在光照强度较小时对设备进行充电，使适用

范围更广。

（2）此装置体积小，装置简单，便于携带。

（3）太阳能电池是通过光电效应把光能转化为电能的装

置，如何进一步提高转化效率以实现对能量的高效利用仍值得

研究。

（4）通过实际制作，我对太阳能的应用有了更切实的认

识，虽只是小面积的光照也足以提供日常生活中的电器的需

图5 太阳能电池板焊接 图6 太阳能电池板与升压模块连接

（2）用万能电表测量电池板电压，注意将电池板放在足够

的光照下面。

（3）将升压模块与导线焊接，红线含在IN+，黑线焊在IN-，

求，我对未来的清洁能源的开发更有了信心。

（5）在实际操作中，每一步的设计都需严谨，需要注重每

一个细节，这样才能把简单的理论知识应用到实际生活中来。

（上接101页）

定

的提取时间范围内，多糖提取率的变化范围落

在0.915%至1.938%之间，当提取时间为2 h时，最大提取率为

1.911%，因此确定2 h为最佳提取时间。

3 结论

研究以海菖蒲为原材料，采用索氏提取法提取其粗多糖，

设置单因素变量—提取时间，进一步优化提取海菖蒲多糖提取

工艺，通过实验数据得出最佳提取时间为2 h，此时多糖最大提

取率为1.911%。经重复性实验、加标回收实验等对实验结果进

行验证，数据重现性好，所得结果准确可靠，为后续探究其他

变量对多糖提取率的影响提供数据参考，同时也为确定最佳提

取工艺奠定基础。

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本文系海南热带海洋学院2018年度大学生创新创业项目

（2）资助。

作者简介：温佳惠（1998-），女，汉族，海南琼海，

2016级化学专业本科在读。

通讯作者：陈文（1980-），男，副教授，硕士，主要研究

方向为天然产物化学成分分析、提纯、鉴定。