【正文】 nder such a background, and lighting system is one of its most important applications. There are many shortings in traditional photovoltaic lighting systems, so this paper presents some points about how to reform the traditional system. In traditional systems, the photovoltaic battery is connected to the leadacid battery directly. This simple connection will result in a waste in the photovoltaic energy as the operating point is often not accurately the maximum power point. The leadacid battery is usually not managed according to its capacity status in traditional systems, so this results in short battery life. Lack of the function of remote monitoring of the main nodes, adjusting the LED working time and parameters is another problem. To solve the problem of lowefficiency, short battery life and low extent of intellectualization, this paper designs a new photovoltaic lighting system based on the AVR microcontroller. Adopting UC3906 to charge the leadacid battery, and BOOST topology for 2 group LED channels. The experiment results show that the new system realizes Maximum Power Point Tracking, charges the battery in the three stages according to the given parameters, switches on and off the LED accurately. Key words photovoltaic battery leadacid battery LED AVR III 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。傳統(tǒng)的光伏照明系統(tǒng)存在很多不足，如何應(yīng)用新技術(shù)進(jìn)行革新是本論文所要解決的問題。 在傳統(tǒng)的光伏照明充電系統(tǒng)中，通常簡(jiǎn)單的將太陽(yáng)能電池板與蓄電池直接相連，這將導(dǎo)致太陽(yáng)能電池板的工作點(diǎn)偏離最大功率點(diǎn)，不能有效利用太陽(yáng)能電池板的可輸出功率；蓄電池因缺乏容量管理而出現(xiàn)過充電或者過放電，造成壽命縮減；傳統(tǒng)系統(tǒng)往往欠缺電路主要節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)的遠(yuǎn) 程智能檢測(cè)、對(duì)照明時(shí)間和 LED亮度等參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)等功能。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人授權(quán) 大學(xué)可以將 本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。大量使用化石能源已經(jīng)開始造成全球變暖，燃煤會(huì)通過煤渣和煙塵放出大量有化學(xué)毒性的重金屬和放射性物質(zhì)。研究和實(shí)踐表明，太陽(yáng)直接輻射到地球的能源豐富，分布廣泛，可以再生，不污染環(huán)境，是 國(guó)際社會(huì)公認(rèn)的理想替代 能源。具有高效、節(jié)能、壽命長(zhǎng)、免維護(hù)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。 綜上，太陽(yáng)能發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)是：能量隨處可得，可循環(huán)使用；無(wú)污染，無(wú)噪音，屬于清潔能源；建設(shè)周期短，維護(hù)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)。 國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)發(fā)展概況 在國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推動(dòng)下 ， 太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)從無(wú)到有、從小到大發(fā)展起來(lái)。它要求較大的設(shè)備投資、創(chuàng)造了更多的就業(yè)機(jī)會(huì)、有助于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng) [2]。雖然太陽(yáng)能公司的數(shù)量在減少 ， 但保留下來(lái)的公司都趨向于更具規(guī)模、更能抵御市場(chǎng)的波動(dòng)。芬蘭人每年也購(gòu)買幾千套小型 (40～ 100W)光伏裝置 ， 用于消夏小屋 。這種新設(shè)計(jì)方法 ， 將應(yīng)用于 Angers的法國(guó)環(huán)境保護(hù)和能源管理署的辦公大樓。蓄電池在白天的時(shí)候會(huì)接受充電，而晚上則會(huì)提供能量給 LED燈。太陽(yáng)能電池組件的輸入經(jīng)過一個(gè)開關(guān) MOS管 KCHG連接到 DC/DC變換器 (蓄電池充電電路 )，此變換器的輸出連接到蓄電池兩端 (實(shí)際電路里會(huì)先通過一個(gè)保險(xiǎn)絲再連到蓄電池上 )。反激式拓?fù)涞男室话銢]有升壓或者降壓電路高，如果要提升系統(tǒng)的效率，可以通過優(yōu)化蓄電池電壓與 LED電壓的關(guān)系，采用升壓或降壓電路，以提升效率并可能進(jìn)一步減低成本。 在傳統(tǒng)的太陽(yáng)能照明充電系統(tǒng)中，通常用防電流倒灌二極管將太陽(yáng)能電池板與蓄電池直接相連，這將導(dǎo)致太陽(yáng)能電池板的工作點(diǎn)偏移，而未有效利用太陽(yáng)能板的可輸出功率；蓄電池因缺乏能量智能管理而出現(xiàn)過充電或者深度放電，造成壽命縮減；傳統(tǒng)的系統(tǒng)往往欠缺電路主要節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)的智能檢測(cè)、對(duì)照明時(shí)間和 LED亮 度等參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)等功能。通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作狀態(tài)和統(tǒng)計(jì)蓄電池電量選擇系統(tǒng)的工作方式，防止對(duì)蓄電池過充電和深度放電，同時(shí)盡可能滿足照明需求。系統(tǒng)各部分容量的選取配合，需要綜合考慮成本、效率和可靠性。 蓄電池作為太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，白天將太陽(yáng)能電池輸出的電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，到夜間再轉(zhuǎn)換回電能輸出到照明負(fù)載。 太陽(yáng)能 LED路燈系統(tǒng)包括太陽(yáng)能電池、充電控制器、蓄電池以及 LED驅(qū)動(dòng)各個(gè)模塊?？刂破鞣譃楣饪?+時(shí)控兩種。間接傳輸適用于各種不同距離。 下面就硅晶體做成的半導(dǎo)體加以說明。 在 PN結(jié)中， P型半導(dǎo)體的電子受到拉力， N型半導(dǎo)體的正電荷受到拉力，在結(jié)合處形成 正負(fù)抵消的區(qū)域，形成阻擋層。為了達(dá)到滿電子層穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，每個(gè)硅原子只能和它相鄰的四個(gè)原子結(jié)合成共用電子對(duì)，平面看起來(lái)就像所有的原子都是手挽手，交錯(cuò)連接形成它特有的晶體結(jié)構(gòu)，把每個(gè)電子都固定在特定的位置上，不能像銅等良導(dǎo)體中的自由電子那樣自由移動(dòng) ，因此，也就決定 8 了硅不是電的良導(dǎo)體。這是由于 P型半導(dǎo)體多空穴， N型半導(dǎo)體多自由電子，出現(xiàn)了濃度差。然后在 PN結(jié)中形成電勢(shì)差，這就形成了電源。在 太陽(yáng)能能電池的整個(gè)發(fā)展歷程中，先后出現(xiàn)過各種不同結(jié)構(gòu)的電池，其中同質(zhì)PN結(jié)電池結(jié)構(gòu)自始自終占主導(dǎo)地位，其他結(jié)構(gòu)對(duì)太陽(yáng)能電池的發(fā)展也有重要影響。太陽(yáng)能電 池再經(jīng)過串、并聯(lián)組合安裝在支架上，就構(gòu)成了太陽(yáng)能電池方陣，可以滿足負(fù)載所要求的輸出功率，如圖 21所示。 PN結(jié)形成一個(gè)電場(chǎng)。 太陽(yáng)能電池組件可組成各種大小不同的太陽(yáng)能電池方陣，亦稱太陽(yáng)能電池陣列。 太陽(yáng)能電池組件設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，為滿足功率 18W的 LED每天工作十小時(shí)，保證連續(xù)3～ 5個(gè)陰雨天持續(xù)工作，太陽(yáng)能電池板每天接收 6小時(shí) 1000W/m2強(qiáng)度太陽(yáng)光，電池板吸收太陽(yáng)能量到 LED的功率損耗為 20%。理論上，蓄電池的電動(dòng)勢(shì)等于組成蓄電池的兩個(gè)電極的平衡電動(dòng)勢(shì)之差。在蓄電池放電初始時(shí)的工作電壓稱為初始工作電壓。蓄電池內(nèi)阻是一個(gè)綜合參數(shù)，是活性物質(zhì)、電介質(zhì)、隔膜、電極接頭等所有蓄電池內(nèi)部電阻之和。單位質(zhì)量蓄電池所能給出的功率稱為比功率，單位為 W/g或 KW/g。 蓄電池的充電 蓄電池的充電方式 充電是蓄電池得以可持續(xù)工作的重要手段，也是光伏照明系統(tǒng)得以持續(xù)工作的必備條件。這種通過控制充放電器維持電流的方法操作簡(jiǎn)單、方便，易于做到。一般免維護(hù)的蓄電池不宜于使用此方法。 2．恒壓充電 該方法主要針對(duì)每只單體蓄電 池以某一恒定電壓進(jìn)行充電。如充電電壓選擇得當(dāng)，可在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成充電。 3．恒壓限流 采用恒壓限流的方法主要為彌補(bǔ)恒壓充電的缺點(diǎn)。該方法的缺點(diǎn)是串聯(lián)電阻將消耗部分電能?？焖俪潆娛枪夥彰飨到y(tǒng)中充電的主要模式之一。該充電方式的實(shí)施需要知道蓄電池接受充電電流曲線，智能充電是光伏照明系統(tǒng)中充電技術(shù)的發(fā)展方向。 基于 UC3906 的蓄電池充電器 UC3906作為 VRLA蓄電池充電專用芯片，它具有實(shí)現(xiàn) VRLA蓄電池最佳充電所需的全部控制和檢測(cè)功能。該驅(qū)動(dòng)器的輸出電流可達(dá) 25mA，可直接驅(qū)動(dòng)外部串聯(lián)調(diào)整管，從而調(diào)整充電器的輸出電壓和電流。這樣 ， 當(dāng)電池短路或反接時(shí)，充電器開始只能輸出很小的充電電流，可以避免因充電電流過大而損壞電池。該芯片中，還有欠壓檢測(cè)電路。 15驅(qū)動(dòng)器R QL1S2 5 0 m V2 5 m V電流取樣限流起動(dòng)比較器電壓取樣比較器V r e f欠壓檢測(cè)V r e f2 . 3 0 V25 ℃3 . 9 m V /℃V r e fV r e f+ V i nR QL2S電壓放大器高 9 5 V r e f低 9 V r e f4132CLC S O U TC S +電源指示過充電終止 875+ V I NGND 6流入16流出15補(bǔ)償1413 電壓檢測(cè)11 涓流偏置12 充電起動(dòng)10狀態(tài)電平控制9 過充電指示C S 圖 31 UC3906內(nèi)部結(jié)構(gòu) 表 31和 32分別介紹了 UC3906的管腳功能和電氣參數(shù) [11]。 17C / S1C / S 2C / S +3C / L4+ V i n5G N D6PI7O C T8S I N K16S O U R S E15C O M P E N14VS13CE12TB11S L C10O C L9U C 3 9 0 6輸入電壓監(jiān)控RsRbRaQ1輸入+Rc+電池 24V 圖 3–2 充電器基本電路 VRLA 鉛酸蓄電池的一個(gè)充電周期按時(shí)間可分為三種狀態(tài)，即大電流快速充電狀態(tài)、可控過充電狀態(tài)和浮充電狀態(tài)。在輸入電源允許或功率管可以承受的條件下， Imax 的值可以盡可能地大。 采用專用蓄電池充電管理芯片 UC3906設(shè)計(jì)太陽(yáng)能充電控制器，控制器由太陽(yáng)能組件與市電切換電路（如圖 33所示）、充電電路 (如圖 34所示 )、放電電路三部分組成。組成過放電壓檢測(cè)比較控制電路。與太陽(yáng)能電池方陣配套的蓄電池通常工作在浮充狀態(tài)下，其電壓隨方陣發(fā)電量和負(fù)載用電量的變化而變化。 能夠和太陽(yáng)能電池配套使用的蓄電池種類很多，目前廣泛采用的有鉛酸免維護(hù)蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池三種。 20 在一年內(nèi)，方陣發(fā)電量各月份有很大差別。所以，這期間的耗電量也是確定蓄電池容量的因素之一。 UC3842 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 35 所示。 設(shè)定工作頻率為 68KHz，啟動(dòng)電阻 R63 為 ，啟 動(dòng)電容 C28 為100μF。 22U 1 1O P T O I S O 1T2R 4 8R E S 2C 1 14 70 0R 4 74 .7C 1 04 70 0D 1 5D 1 6D 1 7R 6 5100/1WR 6 74.7/1WR 4 95 50 / 1WR 5 03 30R 6 22 .2 KR 6 03 30R 6 13 30R 5 65 .1 KR 5 83 .6 KR 5 75 .1 kR 5 93 30R 6 61 .1R 6 41 .2R 6 31 30 kQ 1 5+ C i n8 2u / 40 0 V+ C 3 12 20 0 u / 1 0V+C 3 2220u/25VD 2 2V D W 1D 2 0D I O D EL3I N D U C T O R+C 3 64 70 u / 1 6 V+ 15 VGND+C 3 32200u/10V+C 3 42200u/10V+C 3 5470/25VL4I N D U C T O RC 1 51 0. 1 uR 5 51 00D 1 9D I O D ED 1 8D