【正文】 .風(fēng)能 .生物質(zhì)能 其他 5 20 0 13 10 50 2 太陽能的利用方式 在各種可再生能源中，太陽能是最重要的能源， 太陽每天投射到地面上的輻射能理論上可以滿足全球每天的能源需求，因此大力開發(fā)利用太陽能是解決能源問題的有效途徑。 太陽能的利用 由于石油 .煤 .天然氣等常規(guī)礦物燃料目前己面臨供應(yīng)不足和日益枯竭的局面，并且在它們的使用過程中產(chǎn)生了大量的溫室氣體和有毒氣體，對環(huán)境造成了蘭州 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 嚴(yán)重的污染，成為全球關(guān)注的問題。氣候科學(xué)研究表明，我們的地球已經(jīng)接近了“臨界點(diǎn)’’，如果不能使目前的溫室氣體排放在今后幾十年內(nèi)大幅減少，那么，當(dāng)前正在發(fā)生的氣候變化將會(huì)造成極其嚴(yán)重的自然災(zāi)害。石油 .煤和天然氣都是含碳量很高的能源，在使用過程中產(chǎn)生了大量的 C02 等溫室氣體。隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及工業(yè)化程度的不斷提高，世界各國對能源的需求一直保持著強(qiáng)勁的增長勢頭，能源問題已經(jīng)越來越成為制約全球各國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要因素之一。pic MCU。試驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)操作簡單，能夠?qū)μ囟ǖ奶柲茈姵剡M(jìn)行測試，測試的結(jié)果也能夠以直觀簡潔的方式呈現(xiàn)給測試人員，為測 試人員研究分析太陽能電池提供必要的依據(jù)，系統(tǒng)的整體性能基本達(dá)到了預(yù)期的要求，具有一定的實(shí)用價(jià)值。本文基于目前太陽能電池研究和工程應(yīng)用的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)了一款基于單片機(jī)的太陽能電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理及結(jié)果顯示兩大部分。 本 設(shè)計(jì) 主要從以下幾個(gè)方面來完成太陽能電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)： 1)、 根據(jù)太陽能電池測試原理 和電子電路的相關(guān)知識(shí)，選用合適的電子元器件設(shè)計(jì)了能夠完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)的硬件電路，主要包括溫度信號采集單元、光強(qiáng)信號采集單元、電壓及電流信號采集單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和串口通信單元等部分。 關(guān)鍵詞 ：太陽能電池 。data acquisition 蘭州 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 目 錄 摘 要 ............................................................... 1 ABSTRACT .......................................................... 2 第一章 緒 論 ........................................................ 5 研究背景 ....................................................... 5 能源與環(huán)境問題 ............................................. 5 太陽能的利用 ............................................... 5 太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè) ........................................ 6 本文研究的目的意義及主要研究工作 ............................. 7 本文研究的目的和意義 ...................................... 7 本文所做的主要工作 ........................................ 8 第二章 太陽能電池的特性及測試原理 .................................. 9 太陽能電池的分類 .............................................. 9 太陽能電池的工作原理及等效電路 ............................... 9 太陽能電池的工作原理 ...................................... 9 太陽能電池的等效電路 ..................................... 10 太陽能電池的伏安特性曲線及性能參數(shù) .......................... 11 太陽能電池的伏安特性曲線及性能參數(shù) ...................... 11 日照強(qiáng)度和電池溫度對太陽能電池伏安特性的影響 ........... 13 太陽能電池的測試方法 ......................................... 14 本章小結(jié) ...................................................... 14 第三章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ................................................ 15 方案一 ........................................................ 15 方案二 ........................................................ 15 方案比較 ...................................................... 16 第 4 章 硬件部分設(shè)計(jì) ............................................... 17 PIC16F877 .................................................... 18 PICl6F877 微處理器的核心特點(diǎn) ............................ 18 PIC16F877 外圍特點(diǎn) ...................................... 18 蘭州 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 輸入輸出端口簡介 ......................................... 19 數(shù)據(jù)采集部分硬件電路設(shè)計(jì) ..................................... 21 鍵盤設(shè)計(jì) .................................................. 23 電壓、電流信號采集單元設(shè)計(jì) .............................. 24 固態(tài)繼電器電路設(shè)計(jì) ....................................... 25 步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) ......................................... 26 光強(qiáng)信號采集單元設(shè)計(jì) ..................................... 27 溫度信號采集單元設(shè)計(jì) ..................................... 27 顯示模塊設(shè)計(jì) .......................................... 30 串口通信單元介紹 ......................................... 31 第五章 軟件部分設(shè)計(jì) ................................................ 32 主程序設(shè)計(jì) .................................................... 32 中斷服務(wù)子程序 ............................................... 32 電壓采集程序 ................................................. 33 電流采集程序 .................................................. 34 光強(qiáng)采集程序 .................................................. 35 溫度采集程序 .................................................. 36 LCD 顯示子程序 ................................................ 37 步進(jìn)電機(jī)控制程序 ............................................. 38 第六章 總結(jié) ........................................................ 40 參考文獻(xiàn) ............................................................ 42 英文原文 ............................................................ 44 英文翻譯 ............................................................ 54 致 謝 ............................................................... 60 附 件 ............................................................... 61 蘭州 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 第 一 章 緒 論 研究背景 能源與環(huán)境問題 能源是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，是現(xiàn)代文明的重要保證，可靠 .安 全的能源供給和清潔 .高效的能源利用是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基本保證。 從我國的能源狀況來看，我國的煤炭資源比較豐富，而石油 .天然氣資源相對貧乏，從長遠(yuǎn)的角度來看，我國的能源供給會(huì)面臨總量上的短缺，我國不可能像美國那樣通 過政治 、 經(jīng)濟(jì) 和軍事的力量獲取全球的能源資源來解決我國的能源問題 。全球的能源消費(fèi)所產(chǎn)生的 C02 等溫室氣體對全球氣候構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅，目前已經(jīng)成為國際社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。盡管 IPCC 在第 4 次評估報(bào)告中提出，建議世界各國在 2050 年時(shí)將溫室氣體排放減至 1990 年的一半至 85％，但科學(xué)界仍然認(rèn)為這個(gè)數(shù)據(jù)比較保守，因?yàn)闅夂蜃兓乃俣纫殉^了人們的預(yù)期。世界各國都在積極采取措施，開發(fā) 、 利用風(fēng)能 、 水能 、 太陽能 、 生物質(zhì)能等可再生能源，已經(jīng)取得了可喜的成就，為應(yīng)對 常規(guī)礦物能源的枯竭做了相應(yīng)的準(zhǔn)備。太陽能利用的主要形式有光熱發(fā)電和光伏發(fā)電等。 我國太陽能的利用 煤是我國 的主要能源，我國的煤消費(fèi)量占能源總消費(fèi)量的 70％以上，這種以煤為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)造成我國能源系統(tǒng)效率低下 、 環(huán)境污染嚴(yán)重。 太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè) 世界太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè) 蘭州 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 隨著化石能源的減少以及使用化石能源對氣候和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響越來越明顯，研究開發(fā)清潔的可再生能源成為世界各國實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略。 世界各國尤其是發(fā)達(dá)國家政府都把太陽能發(fā)電視為朝陽產(chǎn)業(yè)，希望把這一產(chǎn)業(yè)作為實(shí)現(xiàn)本國可持續(xù)發(fā)展的重要措施，制定了一系列支持和促進(jìn)本國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，對世界光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了積極地推動(dòng)作用，全球光伏發(fā)電市場正在迅速擴(kuò)大，光伏發(fā)電正在成為全球的 一大熱點(diǎn)。原國家計(jì)委于 20xx 年啟動(dòng)的“西部省區(qū)無電鄉(xiāng)通電計(jì)劃”大大刺激了我國光伏工業(yè)的發(fā)展，太陽能電池應(yīng)用也取得了一些進(jìn)展。隨著我國綜合國力的增強(qiáng)和光伏產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，我國將會(huì)大規(guī)模建設(shè)大型太陽能熱電站和太陽能光電站，屆時(shí)太陽能光伏發(fā)電將會(huì)成為我國的主要能源來源之一。測試是在給定光強(qiáng)下，測出太陽能電池組件的伏安特性曲線，并由測得的電流 、電壓 、 溫 度 、 光強(qiáng)等數(shù)據(jù)計(jì)算出太陽能電池組件的開路電壓 、 短路電流 、 最大輸出功率 、 轉(zhuǎn)換效率等參數(shù)，并據(jù)此進(jìn)行分類評判。 本文所做的主要工作 本文所做的主要工作簡述如下： ，了解太陽能電池的工作原理及其輸出伏安特性，根據(jù)此伏安特性，結(jié)合電子電路相關(guān)知識(shí)，用適當(dāng)?shù)碾娮釉骷O(shè)計(jì)了一種新穎的用于太陽能電池?cái)?shù)據(jù)采集的硬件電路。后來由于航天科技的逐步發(fā)展，太陽能電池所起的作用變得越來越重要，在太空飛行器中太陽能電池成為必不可少的重要元件，這也促進(jìn)了太陽能電池的開發(fā)研究。 根據(jù)太陽能電池的結(jié)構(gòu)來劃分，可以將太陽能電池分為晶體硅太陽能電池和薄膜太陽能電池 兩大類。當(dāng)太陽能電池表面的 pn 結(jié)受到太陽光的照射時(shí)，如果入射光子的能量高于硅材料的禁帶寬度，則在n 區(qū) 、 P 區(qū)和結(jié)區(qū)中會(huì)因光子被吸收而產(chǎn)生電子空穴對，在結(jié)附近的 n 區(qū)中產(chǎn)生的少數(shù)載流子會(huì)因?yàn)榇嬖跐舛忍荻榷鴶U(kuò)散。 擴(kuò)散到結(jié)界面處的少數(shù)載流子空 穴會(huì)被內(nèi)建電場拉向 P 區(qū)，而擴(kuò)散到結(jié)界面處的少數(shù)載流子電子會(huì)被內(nèi)建電場拉向 n 區(qū)，結(jié)區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的電子一空穴對會(huì)被內(nèi)建電場分別拉向 n 區(qū)和 P 區(qū)。 在沒有光照的情況下， pn 結(jié)處于平衡狀態(tài)，沒有電流流過 pn 結(jié)。為負(fù)載電 阻 )： 圖 22 太陽能電池等效電路 由于器件的瞬時(shí)響應(yīng)特性與太陽能的轉(zhuǎn)換無關(guān)，且瞬時(shí)響應(yīng)時(shí)間與絕大多數(shù)光伏系統(tǒng)的時(shí)問常數(shù)相比微不足道，因此在實(shí)際的分析過程中結(jié)電容 Cj 可以忽略不計(jì)。是太陽能