玻璃幕墙太阳能USB插座

陈瑞霞

作为地球上三大化石能源的直接能量来源，太阳能以其储量丰富、清洁无污染和不受地域限制而备受全球科研工作者和政府机构的青睐。

目前，太阳能的主要利用形式有光热利用、光化学利用和光伏利用，光伏利用应用方式灵活，既可建设成光伏电站接入大电网，也可实现光伏建筑集成供本地负载。

随着城市人口的激增、土地的过度开发，建筑逐步向高层和超高层发展。玻璃幕墙以其晶莹剔透、轻巧美观、耐候性好、密封性佳、安装方便、维护简便等诸多优点而成为高层建筑和超高层建筑的最佳外围护结构。

然而，大面积的玻璃幕墙将辐射的太阳能反射回去，如何合理将太阳能和大城市中的玻璃幕墙相结合，使其成为能提供太阳能的巨型电池，应是城市规划设计者和每个人关注的问题。

一、玻璃幕墙太阳能USB插座设计

玻璃幕墙建筑因其标准化、工业化以及不同于传统建筑的美学呈现，迎合了中国快速城市化的需要，从而得到大力发展。到21世纪初，中国已有玻璃幕墙两亿平方米，占全世界85%，成为世界第一玻璃幕墙出产和使用大国。与此同时，过去短短数年间，中国光伏产业牢牢掌控了65%的光伏产能和60%的全球市场份额。

光伏建筑集成以其高效、经济、环保等诸多优点而广受关注，并在低碳环保城市建设中被寄予厚望。然而，光伏建筑一体化存在的高造价、低稳定性限制了它与个体生活距离的拉近。

为此，我设计了太阳能USB插座。该插座体积小巧，方便携带，将插座吸盘吸附在任意一块有阳光照射的玻璃上就可实现充电。

在插座紧贴玻璃幕墙一侧，嵌入一块太阳能电池板，电池板吸收太阳光子能量并转换为电能，用户连接上适配的电子设备即可实现供电。为了增强该插座的适用性，本方案选择USB接口作为充电接口。

二、输出电压调节控制系统

插座太阳能电池板产生的电能随日照和温度条件变化，为了给移动设备提供稳定的充电电压，在太阳能USB插座内置了一个电子式调压装置。

如图2所示，输出电压调节控制系统由Buck变换器及其控制系统组成。输入输出电阻分压采样接收当前太阳能电池板输出电压和插座输出电压，经A/D采样送入微控制器进行电压调节控制。

微控制器依据设定输出电压及Buck变换器输入输出电压计算得出电子开关管通断时间，经驱动放大控制电子开关管通断，以此调节输出电压幅值。

为降低该太阳能USB插座的复杂性和体积成本，太阳能电池板输出电压经三端稳压器调节后为微控制器供电，而驱动放大电路直接由太阳能电池板供电。所以，要求配置的太阳能电池板最大功率点电压为USB充电接口输出电压的1.5倍至2倍，以保证电压调节控制系统正常运行。此外，该输出电压调节控制系统还可由专用集成控制芯片实现。

三、总结

本文提出了一种玻璃幕墙太阳能USB插座创意方案，该方案除了节能环保、为广大移动设备用户提供持续而方便的电源外，还有望让我们的生活真正走进绿色能源时代。