太陽能手機(jī)沒戲！太陽能充電可行？

時(shí)下光儲(chǔ)充很熱，太陽能電池正“點(diǎn)亮”光伏行業(yè)的未來，2022年，我國太陽能電池出口同比增長67.8%；今年上半年增勢(shì)繼續(xù)保持良好。實(shí)際上，我一直有個(gè)的小確幸——希望手機(jī)能夠經(jīng)常擁有充足的電量，能否也在太陽能電池紅利中分上滄海之一粟呢？

由于更多情況下是在室內(nèi)工作，且我所在的北京晴天總是多于陰天，辦公場(chǎng)景一般是在手機(jī)和電腦之間的文件傳輸，微信掃碼上了電腦幾乎什么都可以做，所以通常每天充一次電就夠用。如果能夠利用太陽光直接給手機(jī)充電的話，不是一件很有意思的事情嗎？

為什么太陽能手機(jī)仍沒有實(shí)現(xiàn)？

所謂太陽能手機(jī)是一種集手機(jī)（及電池）和太陽能轉(zhuǎn)換裝置于一體的產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的自充電。

事實(shí)上，人造地球衛(wèi)星就是這樣，白天通過太陽能電池吸收光能，將其儲(chǔ)存到蓄電池中，以維持夜間的正常運(yùn)行。一直以來，這也是科學(xué)界希望將鋰離子電池與太陽能電池集成組裝在手機(jī)中的愿望。

雖然這種二合一電池技術(shù)能在很多場(chǎng)景中得到應(yīng)用，例如綠色環(huán)保的自主發(fā)電太陽能路燈，但對(duì)手機(jī)來說，它無疑將增加供電系統(tǒng)的重量，影響設(shè)備的實(shí)用性和美觀。因此，在現(xiàn)有技術(shù)條件下還難以實(shí)現(xiàn)。

早在2009年，三星就推出了首個(gè)太陽能充電手機(jī)，不過由于技術(shù)限制，其充電效率實(shí)在慘不忍睹——充電兩小時(shí)通話五分鐘。10年后的2019年，小米也申請(qǐng)了太陽能充電手機(jī)相關(guān)專利，但是后續(xù)產(chǎn)品并未上市。

軍后來解釋說，太陽能非常實(shí)用，但太陽能高效充電所需的光敏面積非常大。手機(jī)本身面積很小，如果要達(dá)到可實(shí)用程度的太陽能電池板面積，需要做到100W米家太陽能板那么大，其折疊尺寸達(dá)553×478×20mm?！八园堰@個(gè)技術(shù)用在手機(jī)上效率極低，完全是花里胡哨的功能，所以不會(huì)有廠商用的?！?/p>

他也表示，如果做出一個(gè)可以在緊急時(shí)刻為手機(jī)充2-5%左右電量的太陽能設(shè)備，讓手機(jī)開機(jī)并保持通話等基本屬性，還是挺有用的。這樣的東西現(xiàn)在就有。

分立式太陽能手機(jī)充電浮出水面

近日，國家能源局新能源和可再生能源司司長李創(chuàng)軍表示，中國光伏裝機(jī)規(guī)?？焖僭鲩L，連續(xù)10年位居全球第一，新增總裝機(jī)容量連續(xù)8年位居全球第一。雖然將太陽能充電設(shè)備裝在手機(jī)上不太可能，但可以為手機(jī)內(nèi)置鋰離子電池充電的分立式太陽能充電設(shè)備已經(jīng)很多了。

太陽能充電設(shè)備的原理是利用太陽能電池板吸收太陽光并將其轉(zhuǎn)化為電能。太陽能充電板實(shí)際上是光伏（PV）電池片的集成，通過光伏效應(yīng)來發(fā)電。

電池片在太陽能充電板表面以網(wǎng)格狀排列，在支撐結(jié)構(gòu)上通過連接件形成一組光伏組件。小面積的太陽能充電板早已廣泛用于計(jì)算器等電量不大的電子設(shè)備，只要有陽光，就可以工作；大面積的太陽能充電板就是屋頂或光伏電站用的那種。

光伏組件由層壓件和外設(shè)兩部分組成，層壓件包括鋼化玻璃基板、電池片、背板、焊帶，通過EVA膠膜層壓而成；外設(shè)包括光伏板鋁邊框、接線盒等。據(jù)了解，光伏組件的設(shè)計(jì)使用壽命在25年左右。

選擇太陽能充電板

一般智能手機(jī)充電器輸出電壓為5V，輸出電流1-2A，因此輸出功率是5-10W。以蘋果官方標(biāo)配充電器為例，電壓為5V，輸出電流為1A，輸出功率是5W。

考慮到太陽能充電轉(zhuǎn)換效率不高，目前單晶硅太陽能光電轉(zhuǎn)換效率最高在24%左右，另外不可能每天都是大晴天，所以選擇了5V/10W的太陽能USB充電板。

5V/10W的太陽能USB充電板

這種充電板采用鋼化玻璃面板，具有防水功能，據(jù)稱可為手機(jī)、充電寶、小水泵、小風(fēng)扇、充電燈泡等小功率設(shè)備供電/充電。

從光伏系統(tǒng)組成圖可以看出，手機(jī)充電板是一個(gè)簡(jiǎn)化的架構(gòu)，從光伏組件（太陽能充電板）出來的電能經(jīng)控制器被直接送至直流負(fù)載——手機(jī)，沒有蓄電池組、逆變器和交流負(fù)載。它不能儲(chǔ)存電能，輸出的是直流，只能供電或充電，設(shè)計(jì)上也非常簡(jiǎn)單。

這款太陽能USB充電板尺寸為250×23.5×13mm，背面有一個(gè)接線盒，將整個(gè)板上電池的能量通過3米長導(dǎo)線引至帶充電提示彩燈的USB穩(wěn)壓母座。使用中發(fā)現(xiàn)，充電提示彩燈（LED）一直在紅-藍(lán)-綠之間變換，看不出來什么時(shí)候充電量大或小。這應(yīng)該是設(shè)計(jì)上的不足。

USB穩(wěn)壓母座，下雨時(shí)充電指示燈亮但不足以為手機(jī)充電

USB穩(wěn)壓母座沒有螺絲，用刀片沿四周稍微翹一下即可打開。其內(nèi)部四角有4根與外殼一體的固定柱與另一半外殼壓緊，同時(shí)利用PCB上的4個(gè)孔固定PCB。

打開USB穩(wěn)壓母座

里面是一塊小電路板，上面有兩個(gè)CS 100μF 35V貼片型鋁電解電容，作用是把電壓變化轉(zhuǎn)化為電流變化，在峰值電流大時(shí)緩沖電壓。另外還有一些貼片電容和電阻。

USB穩(wěn)壓母座內(nèi)部

Q1是B772 H23522貼片三極管，底部帶金屬散熱板并外露于器件頂部，以利于散熱。三極管基本作用是放大，可以將微弱的電信號(hào)放大到一定強(qiáng)度。但在太陽能控制器中，三極管可以對(duì)電池充電和放電進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽能發(fā)電系統(tǒng)的有效保護(hù)。

Q2應(yīng)該是是一個(gè)穩(wěn)壓芯片，由于用封裝膠封在PCB上，無法看到器件型號(hào)。它可在太陽能板因光照強(qiáng)度、溫度等條件變化的情況下，將輸出電壓穩(wěn)定在一個(gè)合適的范圍內(nèi)。

所有的元件均采用貼片型可以降低外殼厚度，而且可以在高密度PCB上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)貼附，物理強(qiáng)度高，質(zhì)量可靠。由于都不是大電流和大電壓器件，成本都很低。

PCB的背面是鋁箔，主要作用是散熱。

PCB背面

充電板背后帶有可調(diào)支架，可以調(diào)整對(duì)陽光的角度；商家還送了兩顆金屬膨脹螺栓，可以將太陽能板固定在室外墻上。

接線盒和可調(diào)支架（帶螺栓安裝孔）

還有一種方便攜帶的折疊式太陽能充電板，也不會(huì)占用太多的空間，但其基材是牛津布，沒有固定場(chǎng)所使用的鋁合金邊框產(chǎn)品結(jié)實(shí)。

嘗試手機(jī)太陽能充電

將充電板與手機(jī)連接好，此時(shí)是在陽臺(tái)內(nèi)，沒有直射陽光，手機(jī)顯示開始充電。

充電板與手機(jī)連接顯示開始充電

為了測(cè)試充電效果，還是選擇了晴天，但并非萬里無云。首先看看充滿一部幾乎基本沒電的iPhone 7需要多長時(shí)間。理論上，用充電頭將iPhone 7電量從0%充到100%需要2到2.5小時(shí)，看看太陽能充電比充電頭要慢多少？

iPhone 7的電池電量為1960mAh，從0%充電到100%用了5小時(shí)，平均每小時(shí)充電392mAh。充電時(shí)間是充電頭的兩倍。

另外還對(duì)iPhone XR進(jìn)行了同樣的測(cè)試，充電時(shí)間為6小時(shí)，其電池電量為2900mAh，平均每小時(shí)充電483mAh。

對(duì)iPhone 13的充電測(cè)試表明，充滿電的時(shí)間也是6個(gè)小時(shí)，但其電池電量為3227mAh，也就是說，平均每小時(shí)充電537mAh。

最后還測(cè)試了一下iPad充電，其電池容量為6930mAh，充電4小時(shí)后電池電量達(dá)到30%為2079mAh，平均每小時(shí)充電519mAh，推算充滿電需要13小時(shí)。

為iPad充電

之所以iPhone 7和iPhone XR、iPhone XR和iPhone 13的每小時(shí)充電時(shí)間分別有91mAh和54mAh的差距，主要是因?yàn)槿钍謾C(jī)的生產(chǎn)時(shí)間分別相差2年和3年，電池充電技術(shù)有所升級(jí)；另外，舊手機(jī)的電池肯定也沒有新手機(jī)的電池充電效果好。

與無線充電對(duì)比

再對(duì)比一下無線充電，主要是充電效率。在無線充電情況下，電流在傳輸過程中要經(jīng)過多次轉(zhuǎn)換——電源-發(fā)射器-接收器-手機(jī)電池，能量損失不可避免，充電時(shí)間也會(huì)因此而延長。

無線充電盤

一般無線充電的效率只有70%左右，其中30%電能會(huì)轉(zhuǎn)化為熱量散失。有實(shí)測(cè)表明，無線充電消耗功率平均比有線充電高47%。無線充電時(shí)，手機(jī)必須更加努力地工作，在吸收能量的同時(shí)產(chǎn)生更多熱量。以蘋果iPhone 13 Pro不同車型的無線車充為例，充電15分鐘手機(jī)溫度值可達(dá)29.3-42.4℃。

如果本次實(shí)驗(yàn)用的iPhone 7用充電頭充滿電需2.5小時(shí)，那么，無線充電時(shí)間就是：2.5小時(shí)×（1+0.47）=3.675小時(shí)，當(dāng)然，這還是比太陽能充電快很多。事實(shí)上，如果手機(jī)和充電盤位置偏差較大，充電效率就更低，充電時(shí)間也更長。

無線充電盤的價(jià)格和太陽能充電板差不多，不管是多少，都沒有回本的可能，因?yàn)闊o線充電本身就是一個(gè)“虧本的東西”，還要以浪費(fèi)比有線充電近一半的電能為代價(jià)。而太陽能充電板的能量來自于大自然，根本就沒有成本，是可以“回本”的。

在便利性方面，不管是無線充電還是太陽能充電，要么充電盤上拖著一條交流電源線和插頭，要么太陽能板要用充電線連接手機(jī)，都不夠方便，只是無線充電更加隨意一點(diǎn)。兩者最大的不同在于，無線充電必須在有電源（車載或墻壁）的條件下使用，而太陽能充電可以在任何有陽光的地方使用，范圍不可同日而語。

一不小心掉在地上，玻璃碎裂

從綜合測(cè)試結(jié)果來看，考慮陰天的影響，10W充電板平均每天充8小時(shí)可以得到大約0.04度電，可以提供一天手機(jī)的用電量。

于我來說，上述用太陽能充電板為手機(jī)充電的時(shí)間還是可以接受的。當(dāng)然，遇到陰天下雨就比較尷尬了。其實(shí)，在陽光好的時(shí)候，手機(jī)比較快就可以充滿電，這時(shí)就可以插上充電寶存儲(chǔ)更多電能，以備陰天時(shí)為手機(jī)充電。

值得一提的是，由于充電板本身功率不大，同時(shí)插上手機(jī)和充電寶充電效果不好。而用太陽能給電子手表充電非常給力，很快就能充滿。

充電板的確是“有陽光就有電”，即使是在半陰半陽的天氣，手機(jī)上并沒有顯示在充電，但過一會(huì)還是會(huì)看到手機(jī)電量增加了1%。不過，太陽能充電板在15W LED燈下1.5m左右一點(diǎn)反應(yīng)都沒有，因?yàn)闊舻恼斩葍H為340-380Lux，而晴天陽光直射照度約為100,000Lux，背陰處約為10,000Lux，室內(nèi)北窗附近也有2,000Lux，相去甚遠(yuǎn)。

最后提示一下，最好選擇單晶硅的太陽能板，多晶硅的雖然稍微便宜一些，但電池光電轉(zhuǎn)換效率要低一些。單晶硅一般在18%-24%，多晶硅為15%-20%，也就是說，在相同的發(fā)電功率下，單晶硅板占用的面積相對(duì)較小。

事實(shí)上，如果不是專業(yè)人士，很難分辨單晶硅和多晶硅太陽能板，只能聽商家一家之言。