【正文】 的太陽能光伏電池生產(chǎn)國。在國家各部委立項(xiàng)支 持下目前中國實(shí)驗(yàn)室太陽能電池的效率已達(dá) 21%，可商業(yè)化的光伏組件效率達(dá) 14~15%，一般商業(yè)化電池效率 10~13%。 LED 的畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )網(wǎng) : 5 應(yīng)用已有較悠久的歷史，以前主要應(yīng)用在各種電子設(shè)備的指示燈、大屏幕顯示器、信號(hào)燈和液晶屏幕背光源等領(lǐng)域。據(jù)了解，國際上半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)近年來保持著 40％ 的增長速度， 20xx 年全球發(fā)光二極管 (LED)市場己達(dá)到 56 億美元。面對半導(dǎo)體照明市場的巨大誘惑，世界三大照明工業(yè)巨頭一通用電氣、飛利浦、奧斯拉姆集團(tuán)也紛紛與半導(dǎo)體公司合作，成立半導(dǎo)體照明企業(yè)，并提出要在 20xx 年以 前，使半導(dǎo)體燈發(fā)光效率再提高 8 倍，價(jià)格降低 100 倍。完善的控制功能，方便的安裝方式。在微處理器單元，利用 MCS51 系列單片機(jī)進(jìn)行各項(xiàng)工作的處理，包括信號(hào)的采集和數(shù)據(jù)的畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )網(wǎng) : 6 傳輸以及對控制對象的控制。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)光線的自動(dòng)檢測，在天黑或光線昏暗的情況下自動(dòng)開啟路燈系統(tǒng)。 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。蓄電池作為太陽能照明系統(tǒng)的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，白天將太陽能電池輸出的電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲(chǔ)存起來，到夜間再轉(zhuǎn)換回電能輸出到照明負(fù)載。 圖 光伏發(fā)電系統(tǒng) block of PV Systems 系統(tǒng)組成 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )網(wǎng) : 7 本課題研究的主要內(nèi)容是基于單片機(jī)的節(jié)能型太陽能 LED路燈的設(shè)計(jì)。 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 the Structure of System 太陽能電池板 太陽能電池板是太陽能路燈中的核心部分，也是太陽能路燈中價(jià)值最高的部分。單晶硅太陽能電池性能參數(shù)比較穩(wěn)定，適合在陰雨天比較多、陽光相對不是很充足的南方地區(qū)使用；多晶硅太陽能電池生產(chǎn)工藝相對簡單，價(jià)格比單晶硅低，適合在太陽光充足、日照好的東西 部地區(qū)使用；非晶硅太陽能電池對太陽光照條件要求比較低，適合在室外陽光不足的地區(qū)使用。太陽能電池組輸出功率宜為光源功率的 3~5 倍以上 :光照豐富、開燈時(shí)短地區(qū)為3~4 倍以上，反之為 4~5 倍以上。表 即為我國不同地區(qū)太陽光照條件對比，表 為 年總輻射量與日平均峰值日照時(shí)數(shù)對應(yīng)表。 ) (h) Φ (176。為了延長蓄電池的使用壽命，必須對它的充電放電條件加以限制，防止蓄電池過充電及深度充電。所以，為了安全起見，太陽能板在制造出廠時(shí)，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。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 1 檔。即 MPPT 控制器會(huì)實(shí)時(shí)跟蹤太陽能板中的最大的功率點(diǎn)，來發(fā)揮出太陽能板的最大功效。從這個(gè)意義上講， MPPT 太陽能充放電控制器，勢必會(huì)最終取代傳統(tǒng)太陽能控制器。其類型一般有鉛酸蓄電池（適于低溫高倍率放電，比能量偏低，目前大部分太陽能路燈采用，密封免維護(hù)，價(jià)格低。在此次設(shè)計(jì)中采用鉛酸蓄電池。（ 3）蓄電池聯(lián)結(jié)。 太陽能用蓄電池的幾點(diǎn)特殊要求 (1)額定容量。 (2)低溫放電和充電的性能。 12V 系列在 5 年左右， 2V 系列在 8 年左右。h 充電效率等方面。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )網(wǎng) : 11 光源與太陽能系統(tǒng)有兩種形式 :一種是配太陽能獨(dú)立供電的 HID 燈電子鎮(zhèn)流器 (或稱觸發(fā)器，下同。另一種是配傳統(tǒng) HID 燈電子鎮(zhèn)流器 :接于 AC220 市電電源，其電子鎮(zhèn)流器本質(zhì)上是 AC/DC/AC 高頻變換器。小功率太陽能 LED 燈、節(jié)能燈用在草坪、景觀照明。該燈在 220V（純正弦波，頻率 50 赫茲）普通市電條件下使用，壽命可以達(dá)到 5 萬小時(shí)，在太陽能燈具上使用壽命大大減少和普通節(jié)能燈差不多（因?yàn)樘柲軣艟叨际欠讲孀兤?，太陽能電?220V 輸出頻率、項(xiàng)位、電壓都是不能和普通市電相比的）。所以，綜上所述，本路燈設(shè)計(jì)方案選擇 LED 燈光源。 太陽能路燈需要解決的問題 太陽能路燈還有以下問題善待提高： (1)提高太陽能電池轉(zhuǎn)換率。（ 3）提商蓄電池壽命太陽能電池的使用壽命 25 年以上，普通蓄電池 的使用壽命在 2~3 年，蓄電池是太陽能電力 系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)。（ 5）規(guī)范產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和提高產(chǎn)品質(zhì)量 制定太陽能產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和檢側(cè)系統(tǒng)，形成產(chǎn)品系列，提高產(chǎn)品質(zhì)量。（ 8）防盜。 下面舉例說明太陽能路燈設(shè)計(jì)要點(diǎn)。 （ 1）負(fù)載日耗電量： Q=WH/U=308/12=20Ah 式中 U 為系統(tǒng)蓄電池標(biāo)稱電壓。選取 2 節(jié) 12V120Ah 的電池組成電池組。式中 18 為太陽電池組件工作電壓。對圖中電壓、電流方向，得出光伏陣列的特性方程為 : I = ? ?? ?? ? ? ? shSSOSLG RIRVIRVA K TqII /1/e x p ????? 式中： ? ? ? ?? ?? ?TTBKqETTII tototOS /1/1/e x p/ 3 ?? ? ?? ? 1 0 0/251 ???? TKII S C RLG 其中： E∞硅的帶寬 Rs串聯(lián)等效電阻 q電子電荷電量 Rsh并聯(lián)等效電阻 K波耳茲曼常數(shù) T電池單元的溫度（℃ ) λ日照強(qiáng)度 (W/m2) IOS 電池單元的反向飽和電流 ILG光照產(chǎn)生的電流 IoτTτ下的電池單元飽和電流 B=A= 理想系數(shù) I、 V電池單元的輸出電流、電壓 Tτ= K1＝ ℃ ， ISCR 下的短路電流溫度系數(shù) ISCR 25℃ 和 1000 W/m2 條件下的短路電流 從圖 可以看出，太陽電池陣列既非恒壓源也非恒流源 ,而是一種非線性直流電源，電池輸出電流在大部分工作電壓范圍內(nèi)相當(dāng)恒定 ,最終在一個(gè)足夠高的電壓之后電流迅速下降至零。 圖 不同光照下太陽電池的輸出電壓電流曲線 Figure the IoutUoutcurve of the solar cell under different sunlight 因此 ,為了提高本系統(tǒng)的工作效率，必須盡可能地使太陽電池在 MPPT 處工作，這樣就可以用功率盡可能小的太陽電池獲得最大的功率輸出，這就是進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤的意義所在。 太陽能電池的外特性 光伏電池工作環(huán)境的多種外部因素，如光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度、粒子輻射等都會(huì)對電池的性能指標(biāo)帶來影響，而且溫度的影響和光照強(qiáng)度的影響還同時(shí)存在。 溫度特性和光照特性 溫度的變化會(huì)顯著改變太陽能電池的輸出性能。當(dāng)光照強(qiáng)度改變時(shí)，對光伏電池板的開路電壓并不會(huì)有太大的影響，但對其所能提供的電流值有著相當(dāng)大的變化。溫度變化對于開路電壓的影響之所以大，是因?yàn)殚_路電壓直接同制造電池的半導(dǎo)體材料的禁帶寬度有關(guān)，而禁帶寬度會(huì)隨溫度的變化而發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)測得，開路電壓隨光照強(qiáng)度的升高呈對數(shù)比例增加，短路電流和輸出功率均與光照強(qiáng)度成正比。光伏電池的輸出電壓和輸出電流都和負(fù)載電阻大小有關(guān)。 (2)蓄電池每天的放電容量。 (4)蓄電池的自放電。由遙測設(shè)備在連續(xù)陰雨天中所消耗 能量的安時(shí)數(shù)加上 20％的因數(shù)，再加上 10％ 電池自放電安時(shí)數(shù)，便可計(jì)算出蓄電池所需額定容量。因?yàn)榉蛛A段充電過程符合閥控式密封鉛酸蓄電池的特性，能很好地保護(hù)蓄電池，延長其使用壽命 。第二階段以恒電壓充電，隨著蓄電池端電壓的升高，電流會(huì)逐漸減小，當(dāng)充電電流達(dá)到 Ib2 時(shí)，轉(zhuǎn)入第三階段。脈沖快速充電法的理論依據(jù)就是通過在充電電流中疊加一定頻率、寬度、高度的負(fù)脈沖或短 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )網(wǎng) : 17 圖 蓄電池充電過程曲線 Figure battery charging curve 時(shí)間的停充電，使參加反應(yīng)的 Pb+離子來得及生成并提 高其濃度，又使生成的 H+和 S04 離子來得及從電極表面附近移開，其綜合效果是降低了濃差極化，允許加大充電電流縮短充電時(shí)間。h； D—— 最長無日照期間用電時(shí)數(shù)， h； F—— 蓄電池放電效率的修正系數(shù)， (通常為 ) Po—— 平均負(fù)荷容量， kW； L—— 蓄電池的維修保養(yǎng)率， (通常取 )I 卜蓄電池的放電深度 (通常取 ) 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )網(wǎng) : 18 Ka—— 包括逆變器等交流回路的損耗率 (通常為 ~) 上式可簡化為： Cˊ= DPo。h V—— 光伏系統(tǒng)的電壓等級(jí) (12V 或 24V) LED 的特性和亮滅控制 LED 的特性 高亮度 LED 一般的導(dǎo)通電壓在 ～ ，其電流 電壓關(guān)系為： ? ?1/ ?? KTVSF FeII 式中， IS 為飽和導(dǎo)通電流； VF 為正向電壓； IF 為正向電流。 路燈的點(diǎn)亮與熄滅 方案一：分時(shí)段控制節(jié)能 LED 燈。（ 1)白天：系統(tǒng)處于充電狀態(tài)， LED 燈熄滅。（ 5）凌晨 2 點(diǎn)以前：考慮行人及車輛活動(dòng)的減少，此時(shí)兼顧蓄電池的存儲(chǔ)能量，使得 LED 減小到額定功率的 (60— case)％ 。白天當(dāng)光線照射到光敏電阻上時(shí)，其通過感應(yīng)使電路封鎖聲音通道，使聲音脈沖不能通過，則 燈泡不受聲音控制，即聲控傳感器暫時(shí)失去作用，燈泡不亮。本課題主要采用定時(shí)控制 LED 路燈的點(diǎn)亮與熄滅和紅外對管檢測行人數(shù)目控制燈亮數(shù)目。熱電檢測器是將紅外的輻射熱能轉(zhuǎn)化為電能，從而檢測電信號(hào)來測量紅外線的強(qiáng)弱。它利用紅外光敏感器件將活動(dòng)生物體發(fā)出的微量紅外線轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，并進(jìn)行放大 ,處理，對被監(jiān)控的對象實(shí)施控制。如果路口足夠?qū)?，可以讓兩個(gè)人一起進(jìn)，那用紅外無法檢測具體人數(shù)除非一個(gè)一個(gè)進(jìn)，稱重相結(jié)合，或許可以解決這個(gè)問題：第一對紅外管檢測是否有人進(jìn)，但進(jìn)一個(gè)或兩個(gè)不知道；第二對紅外管檢測是否有人出，但出一個(gè)或兩個(gè)不知道；兩對管中間是稱重區(qū)域，即可以判斷是進(jìn)了一個(gè)還是兩個(gè)人，同時(shí)可以判斷是出了一個(gè)還是兩個(gè)人。常見的環(huán)境光采集器件光電傳感器有光敏二 極管和光敏三極管，這里選用光敏二極管。光敏二極管可以利用光照強(qiáng)弱來改變電路中的電流。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加。其偵測原理乃是利用紅外線經(jīng) LED 紅外光發(fā)射二極管發(fā)射 ,由接收頭接受。紅外對射探頭要選擇合適的響應(yīng)時(shí)間：太短容易引起不必要的干擾，太長會(huì)發(fā)生漏報(bào)。紅外接收電路如圖 所示。本課題設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路如圖 所示。圖中Vin+和 Vin連接在太陽能電池陣列的輸出端， VB 和 GND 連接鉛酸蓄電池正負(fù)兩極。它被廣泛應(yīng)用于直流開關(guān)電源、逆變系統(tǒng)、通信領(lǐng)域、地鐵、無軌電車等直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備中。從而一定的輸出阻抗對應(yīng)一個(gè)輸 出電壓值和輸出電流值。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )網(wǎng) : 24 圖 BUCK。由BUCK 電路實(shí)現(xiàn) MPPT 技術(shù)時(shí)，光伏陣列的輸出電壓高于蓄電池的端電壓時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)較好的調(diào)節(jié)。本文采用 BUCK 電路來實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤，其電路組成如圖 。 MPPT 技術(shù)的硬件電路支持 用 DCDC 變換器可以實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤。 充放電驅(qū)動(dòng)電路 本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的太陽能路燈微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的充電驅(qū)動(dòng)電路如圖 所示。當(dāng)紅外探頭接收到信號(hào)時(shí)，由 OUT 輸出低電平，無信號(hào)不接收輸高電平。 紅外發(fā)射電路如圖 所示。紅外線是一種不可見光，而且會(huì)擴(kuò)散，投射出去會(huì)形成圓錐體光束。 紅外檢測電路 自然界中存在的各種物體，如人體、木材、石頭、火焰 、冰等都會(huì)發(fā)出不同波長的紅外線，利用紅外對射可對其進(jìn)行檢測。當(dāng)受到光照時(shí)，飽和反向漏電流大大增加，形成光電流，它隨入射光強(qiáng)度的變化而變化。 環(huán)境光檢測電路 光電傳感器是一種能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)換成電量的傳感器。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )網(wǎng) : 20 4 硬件電路 本文設(shè)計(jì)的太陽能 LED 路燈的硬件電路由 51 單片機(jī)控制系統(tǒng)、光電隔離、開關(guān)信號(hào) 輸入輸出電路、硬時(shí)鐘電路、紅外檢測電路、外圍電路等組成，如圖 所示。將紅外探頭水平前后安裝于道路邊上，設(shè)為路口方向向內(nèi)分別為“ A”“ B”探頭，單片機(jī)分別檢測兩探頭狀態(tài)（可以中斷檢測），假設(shè)兩探頭感應(yīng)到人時(shí)輸出為“ 1”，判斷探頭“ A”先檢測到人，就是進(jìn)去，計(jì)數(shù)加一，“ B”先檢測到人，計(jì)數(shù)減一。 本課題選擇紅外對管檢測人數(shù)。熱流在物體內(nèi)部擴(kuò)散和傳遞的路徑中，將會(huì)由于材料或投射的熱物理性質(zhì)不同，或受阻堆積，或通暢無阻傳遞，最終會(huì)在物體表面形成相應(yīng)的“熱區(qū)”和“冷區(qū)”，這種由里及表出現(xiàn)的溫差現(xiàn)象，就是紅外檢測的基本原理。 由聲光兩種信號(hào)控制燈的亮與滅，起到節(jié)約用電的作用。