室外壁挂式太阳能时钟（指针式的设计与实做）(2)

的所带来的问题。目前，废旧电池对于环境污染已经成为世界热点话题。电池的组成物质在使用过程中，被封存在电池壳内部，并不会对环境造成影响。但经过长期机械磨损和腐蚀，使得内部的重金属和酸碱等泄露出来，进入土壤或水源，就会通过各种途径进入人的食物链。废旧电池的危害主要集中在其中所含的少量的重金属上，如铅、汞、镉等。这些有毒物质通过各种途径进入人体内，长期积蓄难以排除，损害神经系统、造血功能和骨骼，甚至可以致癌。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。因此，室外壁挂式太阳能时钟在这一点上可以节约电池的浪费，以及缓解废旧电池带来的环境污染问题。

（３）太阳能是持久能源。

太阳能的能源来自太阳，太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输。太阳能有以下特点:

(ａ)普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且勿须开采和运输。

(ｂ)巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿t标煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。

(ｃ)长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，可以说太阳的能量是用之不竭的。

四. 室外壁挂式太阳能时钟的构成及其基本原理

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室外壁挂式太阳能时钟的构成组件有石英时钟，太阳能电池板，蓄电池组，控制电路。下面将对太阳能电池板，蓄电池组做详细介绍。

4.1 太阳能电池的原理

4.1.1 太阳能电池板的原理概述

太阳电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P－N结。

太阳光照在半导体Ｐ-N结上，形成新的空穴-电子对，在P-N结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

“到处阳光到处电”是人类美丽的理想。太阳能光伏发电是指不通过热过程，直接将太阳的光能变换成电能的太阳能利用方式。依靠光伏电池，把照射到光伏电池上的光能直接转换成电能输出的光伏发电是太阳能光发电的主流。

太阳能光伏发电的主要优点为： （1） 结构简单，体积小且轻； （2）易安装，易运输，建设周期短；

（3）使用方便，，维护简单，在-50℃~-65℃ 温度范围均可正常工作； （4）清洁能源，安全，无噪声，零排放； （5）可靠性高，寿命长；

（6）太阳能几乎无处不有，所以光伏发电应用范围广，； （7）降价速度快，能量偿还时间有可能缩短；

（8）可以与蓄电池相配组成独立电源，也可以并网发电。

太阳能发电方式太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一

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种是光—电直接转换方式。

（1） 光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程；后一个过程是热—电转换过程，与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍.一座1000MW的太阳能热电站需要投资20～25亿美元，平均1kW的投资为2000～2500美元。因此，目前只能小规模地应用于特殊的场合，而大规模利用在经济上很不合算，还不能与普通的火电站或核电站相竞争。

（2） 光—电直接转换方式该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光—电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染；太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站，小到只供一户用的太阳能电池组，这是其它电源无法比拟的

4.1.2 太阳能电池的种类

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表1 几种太阳能电池的转换效率

实验室典型电池 各种太阳能电池 单晶硅 多晶硅 GaAs(单结) a-si(单结)

（1）单晶硅太阳能电池

目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24％，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。 （2）多晶硅太阳能电池

多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约12％左右。 从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好。 （3）非晶硅太阳能电池

非晶硅太阳电池是新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗更低，它的主要优点是在弱光条件也能发电。但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，目前国际先进水平为10％左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减。

（4）多元化合物太阳电池

多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。现在各

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商品薄膜电池 各种太阳能电池 多晶硅 铜铟镓硒 碲化镉 铜铟硒 η(%) 16.6 18.8 16.0 14.1 ηmax(%) 24.4 18.6 25.7 13

国研究的品种繁多，大多数尚未工业化生产，主要有以下几种： a) 硫化镉太阳能电池 b) 砷化镓太阳能电池

c) 铜铟硒太阳能电池(新型多元带隙梯度Cu(In, Ga)Se2薄膜太阳能电池)

4.2 蓄电池的原理

4.2.1 蓄电池的原理概述

蓄电池也称二次电池,是将所获得的电能以化学能的形式贮存并可将化学能转化为电能的一种电学装置。蓄电池按电解质不同,通常分为碱性蓄电池和酸性蓄电池。

4.2.2 蓄电池的种类

常用的蓄电池有铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、铁镍蓄电池、金属氧化物蓄电池、锌银蓄电池、锌镍蓄电池、氢镍蓄电池、锂离子蓄电池等。

A．铅酸蓄电池负极为铅,正极为二氧化铅，电解液为稀硫酸，主要有起动型、固定型、牵引型、动力型和便携型，

B．镉镍蓄电池负极为镉，正极为氧化镍，电解液为氢氧化钾水溶液。常见外形是方形、扣式和圆柱形，其有开口、密封和全密封三种结构。按极板制造方式又分有极板盒式、烧结式、压成式和拉浆式。镉镍蓄电池具有放电倍率高、低温性能好，循环寿命长等特点。

C．金属氢化物镍蓄电池是新开发出来的新产品，负极为吸氢稀土合金，正极为氧化镍，电解液为氢氧化钾、氢氧化锂水溶液，比能量是镉镍蓄电池1.5-2倍，具有可快速充电、优良的高倍率放电性能和低温放电性能，价格便宜，无污染，被称为绿色环保电池。

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