太陽能路燈控制器設(shè)計課程設(shè)計(已修改)
2025-06-21 17:22 本頁面
【正文】 課程設(shè)計說明書 第 1 頁 太陽能路燈控制器設(shè)計 摘 要 為了提高太陽能光伏控制器的性價比，設(shè)計了運用單片機的太陽能光伏控制器。本控制器具有效率高、可靠性高、運行穩(wěn)定、性價比高、適宜批量生產(chǎn)的特點?？刂破鲗崿F(xiàn)了基于單片機 PIC16F711的工作狀態(tài)控制和蓄電池能量管理，滿足了太陽能光伏控制器在不同工作狀態(tài)下的穩(wěn)定運行與準(zhǔn)確切換的要求。蓄電池充放電精確控制也在此控制器中得到實現(xiàn)。實驗結(jié)果表明，應(yīng)用此控制器的太陽能光伏系統(tǒng)效率高、運行穩(wěn)定，蓄電池壽命也可延長。 關(guān)鍵詞 ： 太陽能，單片機， 充放電電路 ， 鋰蓄電池 課程設(shè)計說明書 第 2 頁 1 緒論 課題背景 能源是經(jīng)濟、社會發(fā)展和提高人民生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，能源問題是一個國家至關(guān)重要的問題。隨著科學(xué)技術(shù)和全球經(jīng)濟地飛速發(fā)展，對能源的需求也在日趨增長。自 20世紀(jì) 70年代的世界石油危機以來，人們才真正意識到，化石燃料的儲量是有限的，能源危機迫在眉睫。從全球來看，已探明的可支配的傳統(tǒng)能源儲量在不久的將來即將耗盡，能源問題的突出，不儀表現(xiàn)在常規(guī)能源的匱乏不足，更重要的是化石能源的開發(fā)利用對牛態(tài)環(huán)境的污染破壞：大氣中的顆粒物和二氧化硫濃度增高，局部地區(qū)形成酸雨。而每年排放 的大量二氧化碳帶來的溫室效應(yīng)，使全球氣候變暖，自然災(zāi)害頻繁。常規(guī)能源在給人類社會帶來飛速發(fā)展的同時，也在很大程度上使人類社會面臨著前所未有的困難和挑戰(zhàn)。這些問題最終將迫使人們改變能源結(jié)構(gòu)，依靠科技進步，大規(guī)模地開發(fā)利用可再生潔凈能源，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。 光伏發(fā)電具有取之不盡且無污染等優(yōu)點，日前在我國，光伏發(fā)電主要應(yīng)用在如下領(lǐng)域：西部偏遠地區(qū)電力供應(yīng)、通訊及交通設(shè)施、氣象臺站、航標(biāo)燈和照明路燈。光伏發(fā)電的照明路燈應(yīng)月 J具有節(jié)能性、經(jīng)濟性和實川性等優(yōu)點，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中具有最廣泛的發(fā)展前景。本課題為研制一套獨立光 伏電源控制器，廊州于 LED路燈照明系統(tǒng)。通常獨立照明系統(tǒng)由太陽能電池、蓄電池、 充放電 控制器和負載 LED組成。由于系統(tǒng)的穩(wěn)定性嚴(yán)格受到蓄電池和 LED壽命的影響，本課題研制的 充放電 控制器通過實時監(jiān)測系統(tǒng)允放電回路的相關(guān)信息，確定相應(yīng)的允放電策略，實現(xiàn)了穩(wěn)定太陽能電池輸出、優(yōu)化蓄電池充電方法和保護蓄電池及負載的 目 的，最終提高了太陽能電池的利 用 率和整個照明系統(tǒng)的可靠性。 設(shè)計指標(biāo) 本設(shè)計的設(shè)計要求指標(biāo)如下 : 鋰蓄電池電壓的檢測 鋰蓄電池電流的檢測 充放電控制電路的檢測 課程設(shè)計說明書 第 3 頁 路燈的電量控制 設(shè)計思路 本文設(shè)計了一種基于單片機的太陽能路燈控制器。采用 PWM 脈沖調(diào)制控制保護技術(shù) 。充放電控制器是太陽能路燈的核心部 件，針對鋰蓄電池充電的特殊要求，本文 巧妙地采用簡單電路檢測充放電電壓電 流、軟件補償用于檢測的小電阻的溫度效應(yīng)，省卻硬件補償?shù)馁M用，降低了成本。由 單片機根據(jù)采集到的充放電電壓電流參數(shù)，發(fā)出各種摔制信號，實現(xiàn)充放電控制，使充放電系統(tǒng)能穩(wěn)定何效地運行 。 同時設(shè)計 MPPT控制器 ， MPPT控制器的全稱 “最大功率點跟蹤 ”（ Maximum Power Point Tracking）太陽能控制器，是傳統(tǒng)太陽能充放電控制器的升級換代產(chǎn)品。所謂最大功率點跟蹤，即是指控制器能夠?qū)崟r偵測太陽能板的發(fā)電電壓，并追蹤最高電壓電流值 (VI)，使系統(tǒng)以最高的效率對蓄電池充電。下面我們用一種機械模擬對比的方式來向大家解釋 MPPT太陽能控制器的基本原理。要想給蓄電池充電，太陽板的輸出電壓必須高于電池的當(dāng)前電壓，如果太陽能板的電壓低于電池的電壓，那么輸出電流就會接近 0。所以，為了安全起見，太陽能板在制造出廠時，太陽能板的峰值電壓（ Vpp）大約在 17V左右，這是以環(huán)境溫度為 25176。C時的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的。這樣設(shè)定的 原因，（有意思的是，不同于我們普通人的主觀想象，下面的結(jié)論可能會讓我們吃驚）在于當(dāng)天氣非常熱的時候，太陽能板的峰值電壓 Vpp會降到 15V左右，但是在寒冷的天氣里，太陽能的峰值電壓 Vpp可以達到 18V! 現(xiàn)在，我們再回頭來對比 MPPT太陽能控制器和傳統(tǒng)太陽能控制器的區(qū)別。傳統(tǒng)的太陽能充放電控制器就有點象手動檔的變速箱，當(dāng)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速增高的時候，如果變速箱的檔位不相應(yīng)提高的話，勢必會影響車速。但是對于傳統(tǒng)控制器來說，充電參數(shù)都是在出廠之前就設(shè)定好的，這就像車的檔位被固定設(shè)置在了 1檔。那么不管你怎樣用力的踩油門， 車的速度也是有限的。 MPPT控制器就不同了，它是自動擋的。它會根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)檔位，始終讓汽車在最合理的效率水平運行。就是說， MPPT控制器會實時跟蹤太陽能板中的最大的功率點，來發(fā)揮出太陽能板的最大功效。電壓越高，通過最大功率跟蹤，就可以輸出更多的電量，從而提高充電效率。 理論上講，使用 MPPT控制器的太陽能發(fā)課程設(shè)計說明書 第 4 頁 電系統(tǒng)會比傳統(tǒng)的效率提高 50%，但是跟據(jù)我們的實際測試，由于周圍環(huán)境影響與各種能量損失，最終的效率也可以提高 20%30%。從這個意義上講， MPPT太陽能充放電控制器，勢必會最終取代傳統(tǒng)太陽 能控制器 。 2 方案選擇及單元電路的設(shè)計 方案選擇及方框圖 方案選擇 由單片機根據(jù)采集到的控制器的充放電電壓電流參數(shù)，發(fā)出各種控制信號。實現(xiàn)充放電控制，是使充放電系統(tǒng)能穩(wěn)定有效地運行。更好的保護了鋰電池。延長整個太陽能路燈系統(tǒng)的使用年限。 方框圖 太陽能路燈充放電控制器的
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