【摘要】本文为水上利用电力作为动力的船只提供一款光伏充电遮阳顶，利用遮阳顶部的太阳能电池组件发电为电动船提供及补充电能，延长电动船的使用时间。本文设计了一种新的保护电路，采用PWM控制，实现过充、防反充、防雷保护等功能，以提高电动船的可靠性。
【关键词】电动船；光伏；充电；电路；设计
【中图分类号】TM910.6【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2016）08-0240-01
引言
水上电动船已成为各大公园、旅游区水上娱乐项目的一大亮点，据调查娱乐场所的水上电动船一般都是把船停在岸边通过发电机、市电适配器或电瓶进行充电，有时由于客流量大，电动船用完电后不能及时充电或由于在充电，当顾客需求时不能营业，给广大业主带来了烦恼。本文开发一款光伏组件遮阳顶既解决了夏天阳光的暴晒又为电动船的动力电池及时补充能量。
1光伏发电遮阳顶设计
太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，也是一种新型清洁能源，具有环保、节能、不受时间、空间限制等特点。在目前世界范围资源紧缺的环境下，太阳能以其固有的特点博得了多数使用者的青睐，因此太阳能光伏组件应用而生，其作用就是将太阳能转变为电能。早期太阳能组件应用领域主要集中在地面电站和屋顶工程，随着新能源的快速发展，其优势被各方认可，其应用领域也逐步扩张，现在已经应用于光伏建筑一体化工程、交通、汽车等领域。本文设计一款光伏充电遮阳顶，利用遮阳顶部的太阳能电池组件发电为电动船提供及补充电能，延长电动船的使用时间。光伏发电遮阳顶采用ABS材料注塑，顶部有凹槽用以固定太阳能电池组件。光伏组件采用ETFE薄膜代替常规玻璃，重量轻。按照ETFE膜、EVA、太阳能电池片、EVA、TPT太阳能背板顺序层压封装，完成的太阳能电池组件不带边框，可用胶直接固定在遮阳顶部凹槽处。
2保护电路设计
由于遮阳顶是能量补充装置，为了增强安全性能，需配套带有过充保护器，过充保护器采用PWM控制，具有过充、防反充、防雷保护功能。
2.1过充保护电路
二极管D1、D3、D4，三极管Q5、Q7、Q8、Q9、Q10，MOS管Q6，电阻R2、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16构成过充保护电路。单片机输出信号控制三极管Q5的基极，来控制MOS管Q6的导通和关断。当Q5的基极为低电平时，三极管Q5，Q7截止，三极管Q8、Q9、Q10导通，MOS管Q6栅极为高电平MOS管导通，充电电路导通，光伏充电遮阳顶能给电动碰碰船动力电池充电，反正相反。当单片机监测电动碰碰船动力电池的电压达到过充保护电压时，电片机输出接口输出PWM脉冲信号，电路对碰碰船的动力电池实现过充保护。
2.2防反充保护电路
三极管Q1、Q2、Q3，MOS管Q4，电阻R5、R6、R7、R8构成防反充保护电路。单片机输出信号控制三极管Q1的基极，来控制MOS管Q4的导通和关断。当Q1的基极为低电平时，三极管Q1，Q2截止，三极管Q3导通，MOS管Q4栅极为高电平MOS管导通，电路没有防反充保护，反之相反，电路阻止电动碰碰船的动力电池给光伏遮阳顶充电，避免能源的浪费。
2.3防雷保护电路
TVS瞬态抑制二极管D2做防雷保护，此二极管并联在PV+和PV-两端，当在系统电压正常时，TVS防雷管成高阻状态，当遇到雷击高压，TVS防雷管在动作时间内瞬间变成低阻状态，短路雷击高压，把电压抑制在电路安全电压内，对电路起到雷击保护作用。
2.4信号检测及处理电路
模块U3，钽电容C1，电容C2构成DC-DC降压电路，模块U3将电动船的动力电池电压降到符合单片机工作的电压，电容C1和C2为滤波电路，钽电容C1负责滤除低频信号干扰，电容C2负责滤除高频信号干扰。电阻R26、R27构成比较器U1基准信号提供电路。比较器U1，电阻R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25构成防反充和PWM过充保护信号的监测取样和比较电路，提供给单片机相应的输入信号。单片机U2，接线端ICP1、J1构成单片机电路，作为整个保护器的信号处理单元。接线端ICP1和J1是编程端口，作为程序烧录端。J2为整个保护器的接线端子，作为光伏充电遮阳顶和电动碰碰船动力电池的连接端。
3发展优势
水上电动船一般主要工作在夏季，夏季阳光辐照度强也正是光伏组件发电效率最高的季节，将光伏电池组件做成顶棚作为动力能源的补充，同时作为遮阳顶也避免阳光的直射，给顾客带来凉爽。有阳光就有能量的补充，减少了由于不能及时充电或由于到岸边进行固定充电而耽误业主营业的现象。另外，利用太阳能电池为碰碰船蓄电池持续涓流充电，有利延长蓄电池寿命，长期不用也不用维护保养，减少了维护和人工费用。
4结束语
光伏这一新兴能源和水上电动船的有效结合，实现了经济、低碳、安全、环保的应用创新，有着较好的市场发展前景。
作者：俞娜 单位：河南经济贸易高级技工学校
