科 技 实 践 活 动 报 告
——探索安装小型太阳能家用电器系统
一、活动的背景
为培养学生创新精神，提高实践能力和自身的科学素质，养成爱科学、学科学、用科学的良好习惯和勇于创新的精神，锻炼和提高他们的实践能力，全面实施素质教育。构建幸福“中国梦”，建设创新型国家和构建和谐社会，迎接未来世界的挑战。我们根据《全民科学素质行动计划纲要》的要求，以及《马边彝族自治县教育局关于举办第十四届青少年科技创新大赛的通知》。结合职业高中注重培养学生职业技能和动手能力的特点。我们团队接受了这项光荣而艰巨的任务。由于我县地处西南山区，水利资源相对丰富，水电能源得到大力发展。而新能源、清洁能源——太阳能的利用几乎一片空白，有必要去认识和探索，甚至利用它。让这种新能源作为一种补充能源为我们的生活带来方便与实惠。
二、活动过程
（一）、活动筹备
开学之初（3月份），学校领导把这次活动任务安排到了我们电子专业部，且由我具体组织实施这次与电子技能相关的“青少年科技实践活动”。于是从以下几个方面进行筹备：
1、选拔人员。本着“爱好电子技术，有一定的专业基础，动手能力强，具有进取精神，勇于探索”的原则。从电子专业部高二学生中挑选了五名学生，组建了我们的活动兴趣小组。
2、布置任务，探讨主题。首先向组员讲明白成立此兴趣小组的目的和任务。然后让成员各抒己见，探讨这次实践活动的方向和主题。经过讨论，大家一致认为新能源（太阳能）的有效利用在我国西南地区是一大空白。有必要进行探索。于是确定了“探索小型太阳能家用电器系统”这一活动主题。
3、确定步骤，拟定计划。经过讨论，拟定出以下实施步骤和计划。首先查阅有关太阳能的资料，学习相关理论知识。第二步，调查走访，寻找活动服务对象，了解其有何需求。第三步，购买所需设备和材料，准备实践操作所需工具。第四步，进行实验性安装，在实验中发现问题，解决问题。第五步，入户安装，检验其实用性，对不足之处加以改进，完善。最后，对本次科技实践活动成果进行客观总结。
（二）实践过程
1、理论准备。4月初，引导小组成员通过网络查阅和探讨，掌握了这次科技实践活动的相关知识：（1）什么是“太阳能家用电器系统”——通过太阳能光伏电池板将太阳能转化为电能，且由蓄电池储存，从而为各种家用电器提供电能使之正常工作，满足用户需求的一套能源供求装置。（根据其装置和功能自行概括）（2）什么是“太阳能光伏电池” ——简称光伏电池，用于把太阳的光能直接转化为电能。是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。（3）根据用户需求画出“小型太阳能家用电器系统”结构原理图：（各种小型家用电器均采用直流供电，无需DC-AC逆变器）
2、寻求用户需求。为了体现本次活动的实践性和适用性，在4月末，通过多方打听，在我县老河坝乡灯塔村狮子头组，有一对年过六旬的夫妇，由于多方面原因，还住在半山腰，已经二十多年没用上电了，更谈不上家用电器。经过协商和再三请求，我们义务为他们实验安装一套小型太阳能家用电器供电系统，以满足用户照明、观看电视、为手机充电的基本需求。
3、拟定方案，购买材料和设备，做好安装前的准备。本着既省钱，又实用的原则。在5月初，经过小组成员讨论，确定购买和安装以下设备和材料：（1）100W单晶太阳能电池板一块，尺寸为120cm×54cm，重量9kg，输出直流电压18V，短路电流6A。（2）太阳能供电系统智能控制器一个。其功能是控制电瓶充放电，及控制负载的电流手动通断及定时通断。（3）12V10AH蓄电池两个，因为山区地方，特别是春、冬两季阳光不够充足，所以要容量大的蓄电池才能供应得上（晴天充上足够的电，阴雨天才能保证使用）（4）3W12V直流供电LED灯泡4只，4间屋子，每间安装一只用于照明。（5）12V直流供电22英寸液晶电视机一台，功耗25W左右。（6）中星九号卫星电视接收设备一套。由于市场上没有12V直流供电卫星接收机，所以必须购买交流220V供电接收机进行改装，即购买一个12V转18V和5V的DC-DC转换板置换掉原机的电源板。（7）带USB输出插座的手机充电器一个，即用一个废旧的手机充电器，将其内部电子元件去掉后，安装上一只7805三端稳压器，得到一个输入12V，输出5V的手机充电器。（8）2.5平方软铜芯绝缘导线50米(双芯线)，由于低电压供电，电流较大，所以尽量用较粗的铜芯导线，以降低线路损耗，保证用电器供电电压达到额定值。
4、安装、调试整套设备。在5月下旬，一切准备就绪后，在5月23日（周六），天气不错，是个多云的晴天，正适合安装后进行测试。我们兴趣小组带上全套设备和所需工具，来到了我县老河坝乡灯塔村狮子头组。再走了大概半个小时的山路，就到了这对老年夫妇家中。组员们兴趣高涨，兴奋不已，立即着手进行安装。安装工作分工负责，有序进行。整个安装过程按以下步骤进行。
（1）根据房屋地理位置及内部布局，并征求主人意见，设计好各种设备安装位置。
（2）在室外安装太阳能电池板。按电池板安装要求：工作面向南，与水平面呈30度夹角，其光电转换率最高。于是将电池板安装在猪圈房顶上，正好面向南，且与水平面呈30度左右的夹角。经测试，在阳光照射下，空载时输出电压达22伏，输出端短路时，电流达6A，完全达到要求。
（3）在室内安装控制器及蓄电池。由于控制器是前端设备，所以安装在离电池板较近的堂屋木板墙上。两个12V蓄电池并联后安放在控制器上方的楼板上。再将控制器、蓄电池和电池板正确连接起来。连接好后，控制器充电指示灯就开始闪烁，说明电池板在为蓄电池充电了。经测试，控制器三个端子电压分别是：电池板输入端14.8V，蓄电池端13V，输出端（空载）13V，正常。
（4）布线及安装用电器等。①以控制器为起点，为四间屋子安装主线，为了保证末端电压足够，主线用一根线安装到底，减少接线，以减少线路电阻。②为四间屋子安装灯泡及控制开关。在安装开关及螺丝口灯头时必须保证接线强度高，接触电阻最小。③安装手机充电器，因为带USB接口，所以无需开关，无需插拔，直接连接在合适位置的线路上就行了。④安装电视机和卫星电视接收机。因为这两种电器总是同时使用，所以把它们的电源线接在同一个双刀开关后。
（5）接通负载，检验效果。首先通过测试负载端的电阻值，确定无短路后，将主线连接到控制器的输出端。然后开启控制器输出按钮，打开四只LED灯开关，四间屋子都次第有了久违的光明。这时，主人和组员们都欢呼起来。再合上电视机和接收机开关，两台电器都正常开启了。只是还没有收到电视节目，因为还没有安装卫星接收天线。找来手机和USB连接线试着充电，完全能正常充电。最后用万用表测量，控制器输出端电压在开启所有负载时为12V，电流为3.8A,基本正常，安装成功。
（6）安装卫星信号接收器，收看卫星电视节目。先由两人组装接收器（大锅天线），两人布置室外接收器与室内接收机间的信号同轴电缆线，另外一人用智能手机的指南针软件，根据中星九号卫星的经度和纬度定位方向。然后接好线，调出接收机的信号质量菜单，通过调整接收器方位角，将信号质量调整到最佳，固定接收器。最后，检验电视节目效果，每一个该有频道都收到了。但是发现了一个问题：不管是哪个频道，伴音较大时，画面上出现水平细线干扰。根据我多年从事电器维修的经验，应该是供电电压偏低。于是拿来万用表检测电视机电源输入端电压，无干扰时11V多一点，伴音较大，出现干扰时低于11V。也就是达不到12V的额定电压值，造成电视机性能变差。再测控制器输出端电压，12.5V。经过分析，造成电压下跌的原因是电视机距离控制器线路较远，存在一定的线路电阻；低电压，大电流，故线路上的损耗较大。根据欧姆定律，假设线路电流是2A，线路电阻哪怕只有0.5欧姆，电压也会下降1伏。
（7）改进线路，解决问题。要解决电视机供电电压不足的问题，唯一的办法就是减小线路电阻，降低线路损耗。要么将导线尽量加粗，要么将电视机安装在距控制器更近的位置。为了节约成本，经过用户同意，将电视机和接收机挪到了堂屋的控制器旁边。开机检验，图像和声音完全正常。至此，这次实践活动宣告成功。
5、电话回访，了解使用情况。在这安装过后的几个月，多次打电话访问用户的使用情况。据用户讲，每天照明两小时左右，收看电视节目三小时左右，从来没有出现供电不足的情况，非常方便实用，且一再对我们表示感谢。
三、活动感悟
本次科技实践活动于五月末圆满结束。这次活动非常成功，收获很多，感悟颇深。首先，这次活动充分激发了学生对科学的探索欲望， 通过自己的实践操作，利用现代科学技术为我们的生活带来方便与实惠，切身感受到了科技就是生产力这一永恒的真理。其次，这样的实践活动能调动职高学生学习专业知识的兴趣，学到更扎实的专业知识。理论知识在实践操作中得到应用，实践又让理论知识得到补充。然后，学生的动手能力得以充分发挥和检验，在动手操作中，不仅课堂上学习的理论知识得到检验，各方面综合能力也需要充分展示出来。再次，训练了学生在实践中发现问题，解决问题的能力。实践中往往会出现一些无法预料的状况，只有善于发现问题，解决问题才能保证实践活动的成功。最后，这次活动的成功，充分说明太阳能供电系统在我们西部山区的实用性和可行性。我们应该把这次活动做为起点，继续探索如何让太阳能在我们西部山区发挥更大的作用，为国家新能源战略尽一点微薄之力。
马边碧桂园职业中学电子装配兴趣小组
2015年8月
附：本次科技实践活动相关图片
版权所有：杨昌兵
