1。2 太阳能发电原理

太阳能电池是利用半导体材料独一无二的光生伏特效应,能够将太阳能转换成电能的装置。光生伏特效应效应是指光线照射在太阳能电池板上，会激发N型和P型硅共价键中的电子，产生电子-空穴对。在空间电场的作用下，电子和空穴定向移动，产生电势差，连接回路则会产生电流。晶体硅材料的太阳能电池的经典开路电压值为0。5~0。6V。太阳能电池板的面积越大，光照越强，接收到的光能越多，则产生的电子-空穴对就会越多，回路中产生的电流就会越大。太阳能电池发电原理如图1所示。

图1  太阳能电池发电原理图

太阳能发电分为并网发电和离网发电两种类型。并网发电是将太阳能产生的直流电，通过并网逆变器变为交流电并接入电网。发出的交流电可直接由用户使用也可以卖给电网获得报酬和补贴。并网发电过程如图2所示。离网发电是将太阳能产生的直流电分为两路，一路直接供给直流负载如LED电灯的使用，一路经过逆变器变为交流电，供给交流负载的使用。和并网发电最大的区别在于不接入电网，使用的逆变器不同。离网发电过程如图3所示。

图2  并网发电过程图

图3  离网发电过程图

1。3 太阳能发电的优缺点

相比于其他的能源利用技术，太阳能发电有其无可比拟的优势，主要表现在：阳光资源分布非常广泛，受到地域限制非常小，并且太阳能资源不会有枯竭的风险；太阳能电池的主要材料来源于岩石沙土中的硅元素，原料丰富；太阳能电池组件没有机械转动产生的噪声，稳定性非常好；设备维护保养简单，维护费不高；系统为组件，所以可在任何地方便捷安装无污染，完全干净(蓄电池除外)。

同时，太阳能发电也存在许多的缺点：太阳能照射的能量分布密度还比较小；年发电时数较低，大约为1300h；并且受空气质量、季节以及阴晴等气象状况的影响较大，不能连续发电，目前还不能精准预测系统发电量；光伏系统的造价目前较高，系统成本40000～60000元/kW。

1。4 太阳能发电与凉帽的结合

炎热的夏天，头戴凉帽是为了遮阳避暑使人们获得一些清凉，从而缓解人们烦躁的心情，甚至将一些不必要的矛盾消除于无形。但是，假如将这炎热的根源，阳光，加以利用并与凉帽结合起来，不但抵挡它本身产生的炎热，产生的电能驱动风扇更是可以产生更多的凉风，可谓一举两得。

将太阳能电池置于凉帽顶端接收太阳辐射，经过光生伏特效应产生电流，通过导线连接一个内置于凉帽的小型蓄电池，从而使用太阳能给蓄电池充电[4]。蓄电池同时也可以使用交流电源直接充电，这样设计的好处是降低太阳能电池发电效率低下对系统产生的影响，并且在多云天气光照不足时不至于导致系统无法工作。

2。 直流电机与控制系统模块

2。1 直流电机

直流电机(DCM)是指能够把直流电能转化为机械能(直流电动机)或把机械能转化为直流电能(直流发电机)的旋转电机[5]。它将直流电能和机械能之间互相转化变为可能。直流电机如图4所示。

图4  直流电机

2。1。1 直流电机的工作原理

直流电机内有固定的环状永磁体，电流通过转子上的线圈后在磁力作用下产生安培力，当转子上的线圈的平面与磁场不平行时，转子会受到力的作用开始转动，当转子转过平衡位置时由于惯性转子会继续转动，此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，线圈上的电流方向也随之改变，但是产生的洛伦兹力的方向保持不变，所以电机可以保持一个方向持续转动[6]。