這種用于面包板電路實(shí)驗(yàn)的太陽能光伏片電源裝置，電路如圖所示。

太陽能電池也叫太陽能光伏片，它是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，也是一種半導(dǎo)體光電二極管。目前市場上的太陽能光伏片一般為硅太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率約在10%左右。

業(yè)余條件下有多種太陽能光伏片可以選用。本電路電源主要用于面包板實(shí)驗(yàn)電路，要求輸出電壓3～6V，輸出電流一般在10mA左右；故選用一種9V電壓、標(biāo)稱100mA電流的光伏片供電。

電源的原理是將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，儲(chǔ)存起來，以備進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)時(shí)所用。一般可用蓄電池充電。

考慮到本電路主要用于面包板電路實(shí)驗(yàn)，所以采用電容器儲(chǔ)存電能。

超級(jí)電容器簡稱超級(jí)電容，也叫法拉電容、黃金電容，是一種專門用于儲(chǔ)能的特種電容器，具有法拉級(jí)的超大電容量(0.1～5000F)。本電路采用一種耐電壓5.5V，容量1F的電容器。超級(jí)電容與電池比較，主要優(yōu)點(diǎn)是：阻抗低；壽命長，充放電大于40萬次，沒有“記憶效應(yīng)”；充電速度快，充電10秒～10分鐘可達(dá)到其額定容量的95%以上；電源電路簡單，不需要維護(hù)和保養(yǎng)。

電路輸出3～6V直流電壓，為什么使用9V、100mA的光伏片呢？這主要是考慮到本機(jī)主要在室內(nèi)使用，光線較弱；為了能夠在白天靠近窗戶充電，夜間在電燈光下充電，使用輸出電壓較高的光伏片才能夠滿足所需。

超級(jí)電容的耐壓為5.5V，為了不至于在光線強(qiáng)的情況下長時(shí)間充電造成電壓超過電容的耐壓上限，電路采用了穩(wěn)壓措施。電路在光伏片兩端并聯(lián)接入了兩個(gè)串聯(lián)的藍(lán)色LED燈。藍(lán)色LED的工作電壓為3.3V，兩只串聯(lián)則為6.6V；這個(gè)電壓通過二極管D1加到超級(jí)電容上，可使充電電壓上限穩(wěn)定在6V左右；雖然超出超級(jí)電容器的耐壓約0.5V，但不影響電路的正常使用。

電路可提供的電流與供電時(shí)間成反比，電流越大，供電時(shí)間越短。如采用2F的儲(chǔ)能電容，那么放電電流為10mA，放電電壓從6V降到3W，可以供電多長時(shí)間呢？可以用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

時(shí)間T=C(U1-U2)/1其中，T為時(shí)間，單位為s；C為電容器容量，單位為F；U1為電容放電開始的電壓，單位為V；U2為電容放電結(jié)束時(shí)電壓，單位為V；I為放電電流，單位為A。于是有：

時(shí)間T=2(6-3)/0.01=600(秒)=10（分鐘）答案是可以供電10分鐘。要注意，以上是假設(shè)電路中放電電流保持在lOmA不變的情況下的結(jié)果；如果實(shí)際情況不同，放電時(shí)間要根據(jù)各種因素進(jìn)行修正。

盡管超級(jí)電容可以給負(fù)載提供瞬時(shí)大電流，但是它的直流內(nèi)阻還是比較大的；如果用于交流電路，應(yīng)加旁路電容；電路中電解電容C3的作用可以改善超級(jí)電容電源的交流性能。

一、組裝

組裝面包板太陽能光伏片電源，應(yīng)選用一種圓柱型超級(jí)電容器，它帶有兩個(gè)并列的引腳，可直接插在面包板上。

業(yè)余條件下可選用一種90mm×42mm的光伏片。其背面有兩塊敷銅板，上面標(biāo)有電池的極性。

在太陽能光伏片的背面用紅色、黑色兩根引線分別焊接在電池的正極、負(fù)極電極上，然后用雙面膠把光伏片粘貼在一個(gè)KT板上。

根據(jù)所安裝元器件的大小，使用1/4的面包板即可；將面包板裁好，并保留一個(gè)帶有燕尾鉤的下邊條，粘貼在KT板上的適當(dāng)位置上。

穩(wěn)壓管用兩只3mm的發(fā)光二極管，按照電路將面包板太陽能光伏片電源組裝好。然后將它置于太陽光下照射，幾分鐘之后，會(huì)發(fā)現(xiàn)藍(lán)色的發(fā)光二極管變亮，表示正在充電；可根據(jù)發(fā)光二極管的亮度判斷充電程度。本裝置在陽光下照射5分鐘左右，即可完成充電。

二、應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

將已經(jīng)組裝成功的面包板電路用燕尾槽與太陽能光伏電源裝置固定在一起，然后用面包插線從太陽能光伏片電源連接到實(shí)驗(yàn)面包板上，就可以進(jìn)行太陽能光伏片電源供電的實(shí)驗(yàn)了。

太陽能光伏片電源供電的實(shí)驗(yàn)電路如下圖所示。工作電流為3mA左右，本裝置可以提供約40分鐘的實(shí)驗(yàn)。這與計(jì)算結(jié)果基本相符。如果要增加光伏片電源的供電時(shí)間，可以加大電容器的容量。

使用中發(fā)現(xiàn)，本裝置連續(xù)工作時(shí)間不能與電池相比，但是它可以隨時(shí)在日光或燈光下進(jìn)行充電。

目前太陽能光伏片電源的缺點(diǎn)是比較昂貴。

三、光伏片測量

如果拿到一個(gè)標(biāo)稱9V、100mA的太陽能光伏片，可用電表測量出它的輸出電壓和短路電流。電壓可用電壓表的直流擋直接測量。短路電流則可用200mA擋測量。一組實(shí)測結(jié)果為：在晴天中午，將光伏片垂直于陽光，短路電流最大為55mA。光伏片的最大工作電流一般稍小于短路電流，但相差不多；短路電流是設(shè)計(jì)太陽能光伏電源的重要依據(jù)。

此外，還可以測量以下幾組光伏片的數(shù)據(jù)：室內(nèi)窗戶邊太空散射光線照射下的輸出電壓、短路電流：各種照明燈具下的輸出電壓、短路電流等。