【正文】 電池不均衡，然而均衡充電也是過充充電，所以也是不能太頻繁的進(jìn)行，一般一年內(nèi)進(jìn)行1～2 兩次。（4）過充電 過充電會導(dǎo)致電解液中的水電離，于是陰極上會產(chǎn)生氫氣和陽極上產(chǎn)生氧氣。反之放電電流越小，蓄電池放電容量越大，越容易造成深度放電，極小的放電電流會使硫酸鉛的生成量明顯增加，對于負(fù)極板由于轉(zhuǎn)化為后活性物質(zhì)膨脹產(chǎn)生應(yīng)力，會造成極板彎曲或活性物質(zhì)脫落，從而影響到蓄電池的壽命。硫酸鹽化是指在負(fù)極柵板上形成一種粗大、難于接受充電的結(jié)晶，蓄電池容量減少，此現(xiàn)象又稱為不可逆硫酸鹽化。隨著放電深度的增加，這種收縮和膨脹的程度越大，結(jié)合力的破壞也越大，因此蓄電池的循環(huán)壽命也就越短。蓄電池的使用時(shí)間壽命按照標(biāo)準(zhǔn)條件下(氣候條件等同)以浮充狀態(tài)進(jìn)行衡量，目前工業(yè)使用的鉛酸蓄電池的時(shí)間壽命一般均在10年以上[15]。同時(shí)，電解質(zhì)溶液逐漸變成水，引起了電解質(zhì)溶液比重的下降，蓄電池的容量減少。在蓄電池外部，在蓄電池電動勢作用下，負(fù)極上的負(fù)電荷源源不斷地經(jīng)過負(fù)載流向正極。同時(shí)，電解質(zhì)溶液中的硫酸分子逐漸增加，水分子逐漸減少，因此電解質(zhì)溶液的比重在增加，蓄電池的端電壓在增加，蓄電池的能量也隨之增加。與正極板附近的OH一發(fā)牛反應(yīng)而生成。 鉛酸蓄電池工作原理（1）充電過程 鉛酸蓄電池屬于電化學(xué)電池，其以海綿狀Pb作負(fù)極，作正極，硫酸作電解液。[14] 蓄電池種類現(xiàn)在在太陽能光伏系統(tǒng)中常用的蓄電池有：鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳氫蓄電池。（5）不污染環(huán)境 如果蓄電池在充電、放電過程中或者廢棄回收過程中污染了環(huán)境，這種蓄電池就悖于太陽能光伏發(fā)電綠色環(huán)保的初衷，抵消了太陽電池的節(jié)能減排效果；在這方面物理法儲能有獨(dú)特的優(yōu)勢。即使對于有MPPT（最大輸出功率點(diǎn)跟蹤）的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)或者是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，由于有了比較平坦的充電特性曲線，MPPT里面的DC/DC變換器的電壓差可以做到最小，所以跟蹤效率將有所提高。蓄電池的效率分為電壓效率、安時(shí)效率和瓦時(shí)效率，前2項(xiàng)是蓄電池市場所關(guān)注的，對于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)我們最關(guān)心的是瓦時(shí)效率，這是因?yàn)樘柲芄夥l(fā)電的成本比較高，我們不希望光伏發(fā)電的電能在存儲過程中損失掉，這對于提高太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)效率非常重要。由曲線可以看出太陽能電池板的輸出特性具有以下特點(diǎn)：（1）太陽能電池的輸出特性近似為矩形，即低壓段近似為恒流源，接近開路電壓時(shí)近似為恒壓源；（2）開路電壓近似同溫度成反比，短路電流近似同日照強(qiáng)度成正比；太陽能電池板的輸出功率隨著光強(qiáng)和溫度成非線性變化；（3）輸出功率在某一點(diǎn)達(dá)到最大值，該點(diǎn)即為太陽能電池板的最大功率點(diǎn)（MPP）且隨著外界環(huán)境的變化而變化。 太陽能電池的基本特性根據(jù)太陽能電池的工程數(shù)學(xué)模型本文建立了太陽能電池陣列的matlab仿真模型，對本課題選用的太陽能電池進(jìn)行了仿真，下圖為光伏電池仿真模型。（2）工程數(shù)學(xué)模型 為便于工程的分析和應(yīng)用，文獻(xiàn)[13,29]提出了一種可以滿足絕大多數(shù)工程項(xiàng)目要求的工程用數(shù)學(xué)模型，這種數(shù)學(xué)模型僅采用太陽能電池生產(chǎn)廠商提供的幾個在標(biāo)準(zhǔn)測試條件(日照強(qiáng)度w/㎡，電池溫度=25℃)下的重要參數(shù)：短路電流、開路電壓、最大功率點(diǎn)電流和最大功率點(diǎn)電壓。 太陽能電池的數(shù)學(xué)模型（1）理論數(shù)學(xué)模型 理想光伏電池的等效電路可用一個二極管和電流源并聯(lián)的等效電路來表示。比如:染料敏化電池，這種電池的太陽能電池轉(zhuǎn)換效率僅為10﹪，但其制作材料簡單，生產(chǎn)成本低廉。（4）第三代太陽能電池 目前，科學(xué)家們正致力于第三代太陽能電池的研發(fā)和探索。（3）高效多結(jié)電池 第二代太陽電池的另一種類型是高效多結(jié)電池，其主要采用《元素周期表》中第三價(jià)和第五價(jià)元素的化合物。[12]（2）薄膜型太陽電池 第二代太陽能電池是繼晶體硅片電池之后發(fā)展起來的薄膜型太陽電池，主要有硅基薄膜型太陽電池、化合物半導(dǎo)體薄膜型太陽電池、染料敏化太陽電池等，若按襯底分，其又分為硬襯底和柔性襯底兩大類薄膜型太陽電池。此外 倒金字塔技術(shù)、雙層減反射膜技術(shù)以及陷光理論的完善也是高效晶硅電池發(fā)展的主要原因。正是因?yàn)檫@種電場的存在，半導(dǎo)體裝置就會釋放出大量電子，電子通過晶體硅片電池將光能轉(zhuǎn)換成電能。太陽能電池主要有以下幾種類型：單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池、碲化鎘電池、銅銦硒電池等[6]。當(dāng)具有適當(dāng)能量的光子入射于半導(dǎo)體時(shí)，光子激發(fā)半導(dǎo)體材料而產(chǎn)生電子一空穴對，勢壘電勢就會推動電子向N型半導(dǎo)體擴(kuò)散，空穴向P型半導(dǎo)體擴(kuò)散，并分別聚集于兩個電極部分。物質(zhì)根據(jù)導(dǎo)電性分為：導(dǎo)體，半導(dǎo)體和絕緣體。 太陽能電池基本工作原理光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體材料光伏效應(yīng)直接將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的一種發(fā)電形式。太陽能路燈系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個小型的獨(dú)立光伏系統(tǒng)，一般由太陽能電池組、蓄電池、控制器和燈具組成，系統(tǒng)構(gòu)成如下圖21所示。 論文主要研究內(nèi)容本論文以獨(dú)立太陽能路燈系統(tǒng)為例，針對太陽能路燈系統(tǒng)的充分利用太陽能電池，對蓄電池的保護(hù)，LED路燈工作方式切換等問題，研究設(shè)計(jì)了一種基于51單片機(jī)的太陽能光伏電源控制器。蓄電池充電策略直接影響到蓄電池的壽命，研究智能化的充電方法，提高蓄電池的充電接受率，減少充電時(shí)間，對于整個光伏系統(tǒng)的工作狀態(tài)具有重要意義。[6] 太陽能路燈控制器技術(shù)現(xiàn)狀在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，電源控制器是整個系統(tǒng)的核心組成部分，負(fù)責(zé)對儲能設(shè)備的充電和對負(fù)載的放電任務(wù)。[4]整體上看，我國不但在太陽能電池生產(chǎn)能力上進(jìn)入國際先進(jìn)行列，而且在薄膜太陽能電池的研究開發(fā)上達(dá)到國際先進(jìn)水平，同時(shí)還在新的有機(jī)納米晶太陽能電池的研究中取得國際領(lǐng)先成果?；诒∧ぜ夹g(shù)的第二代光伏電池中，很薄的光電材料被鋪在非硅材料的襯底上，大大減少了半導(dǎo)體材料的消耗，且易于批量自動化生產(chǎn)，從而大大降低光伏電池的成本。有資料顯示，每年用于照明的電力在3000億度以上，若采用LED照明，每年就可以節(jié)約1/3的照明用電，基本上相當(dāng)于總投資規(guī)模超過2000億元的三峽工程的全年發(fā)電量。目前太陽能發(fā)電有兩種方法[3]：一種是將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，然后按常規(guī)方式發(fā)電，稱為太陽能熱發(fā)電；另一種是通過光電器件利用光生伏打原理將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能，稱為太陽能光伏發(fā)電。氣候異常，臭氧層空洞擴(kuò)大，酸雨頻發(fā)，等惡果。關(guān)鍵詞　充電；最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）；LED；控制器AbstractIn recent years, with intensify of energy shortage and environmental pollution,due to solar energy clean,security and resource adequacy and so on,it is increasingly being the public the LED solar illumination, is an important application domain for solar photovoltaic power generation.This paper studies photovoltaic power generation system management controller design basic work principles of solar cells、LED and lead—acid batteries have been introduced firstly,the issues of the most power point tracking(MPPT)of the solar cells and charging and discharging strategy optimizing of lead—acid batteries has been researched. Depending on how the work of photovoltaic power generation system, management and protection of the charge and discharge and led driver control has been designed.according to the theoretical model and mathematical model, the solar cell is modeled and simulated by MATLAB/SIMULINK tool, and have a simulation study on output characteristic.Keywords　 Charge；maximum power point tracking ( MPPT )；led；controller目錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 關(guān)于本課題的背景及研究意義 1 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀 2 光伏發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀 2 太陽能路燈控制器技術(shù)現(xiàn)狀 3 論文主要研究內(nèi)容 3第2章 太陽能路燈系統(tǒng)的基本構(gòu)成和特性 4 太陽能路燈系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu) 4 太陽能電池 4 太陽能電池基本工作原理 5 太陽能電池的分類及比較 5 太陽能電池的數(shù)學(xué)模型 7 太陽能電池的基本特性 9 蓄電池 10 光伏發(fā)電對蓄電池的基本要求 11 蓄電池種類 12 鉛酸蓄電池工作原理 12 在太陽能光伏系統(tǒng)中鉛酸蓄電池壽命影響因素分析 13 太陽能光伏系統(tǒng)中的蓄電池應(yīng)用特點(diǎn) 16 白光LED燈 16 LED燈的簡介 16 白光LED燈發(fā)光原理 17 白光LED燈的控制方式 18 白光LED燈的驅(qū)動方式 19 太陽能路燈控制器 21 本章小結(jié) 22第3章 蓄電池充電方式分析 23 常用充電方法比較 23 恒電流充電法 23 恒電壓充電法 23 階段充電法 24 智能充電法 24 PWM充電法 24 最大功率點(diǎn)跟蹤原理 25 最大功率點(diǎn)跟蹤方法比較 26 恒電壓法 26 擾動觀察法 27 電導(dǎo)增量法 28 其他跟蹤方法 28 最大功率點(diǎn)跟蹤算法仿真 29 本章小結(jié) 30第4章 系統(tǒng)的參數(shù)及總體設(shè)計(jì) 31 系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)計(jì)算 31 LED燈的參數(shù)計(jì)算 31 蓄電池的參數(shù)計(jì)算 31 光伏電池的參數(shù)計(jì)算 31 系統(tǒng)總體要求 32 硬件設(shè)計(jì)方案 32 本章小結(jié) 33第5章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 34 充電電路 34 放電電路 36 信號采集電路 38 保護(hù)電路 38 本章小結(jié) 39第6章 控制器的軟件開發(fā) 40 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概述 40 總體設(shè)計(jì) 40 總體軟件流程 40 系統(tǒng)軟件具體設(shè)計(jì) 40 充電控制程序 40 放電控制程序 41結(jié)論 44參考文獻(xiàn) 45致謝 47附錄1 48附錄2 53附錄3 57附錄4 64第1章 緒論 關(guān)于本課題的背景及研究意義能源是當(dāng)今世界存在和保持發(fā)展的核心動力，隨著社會生產(chǎn)的擴(kuò)大、科技的發(fā)展、人口的增長等，對能源的需求也在不斷增長，當(dāng)今世界已經(jīng)面臨著能源需求量成倍增長的挑戰(zhàn)，全球范圍內(nèi)的能源危機(jī)也日益突出。而LED太陽能光伏照明，是太陽能光伏發(fā)電一個重要的應(yīng)用領(lǐng)域。（ ）；（ ）；（ ）。 ）。 ） 主要內(nèi)容 學(xué)習(xí)掌握 太陽能發(fā)電、LED控制器工作原理 設(shè)計(jì)太陽能供電LED路燈智能控制系統(tǒng) 認(rèn)真進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)工作 研究撰寫畢業(yè)論文，繪制相關(guān)工程圖紙基本要求 每周定期匯報(bào)工作進(jìn)展 定期進(jìn)行學(xué)術(shù)探討和交流 認(rèn)真查閱資料和參考書籍 按照畢業(yè)論文規(guī)范認(rèn)真撰寫畢業(yè)論文參考資料IEEE期刊、中文學(xué)術(shù)期刊電力電子技術(shù)太陽能發(fā)電LED照明周 次1—4周5—8周9—12周13—16周17—18周應(yīng)完成的內(nèi)容查閱資料了解行情針對設(shè)計(jì)確定方案分析原理明確特征仿真試驗(yàn)系統(tǒng)總結(jié)形成論文準(zhǔn)備答辯指導(dǎo)教師：***職稱：副教授 2012年1月8日系級教學(xué)單位審批： 年 月 日摘要近年來，隨著能源短缺、環(huán)境污染影響的加劇，太陽能作為可再生能源具有清潔性、安全性、資源充足性等優(yōu)點(diǎn)，日益受到廣泛關(guān)注。還根據(jù)太陽能電池的理論模型和數(shù)學(xué)模型應(yīng)用MATLAB/SIMULINK 工具對太陽能電池進(jìn)行建模和仿真，并對輸出特性進(jìn)行了仿真研究 。不僅如此，化石能源的大量使用還造成了全球的環(huán)境惡化。在目前所研究的替代能源中，太陽能以其取之不盡、用之不竭且無任何污染的獨(dú)特優(yōu)勢，成為國際上公認(rèn)的理想替代能源[2]。在光伏太陽能應(yīng)用領(lǐng)域，太陽能照明占有重要的地位和份額，而LED太陽能路燈是一個具體而有價(jià)值的應(yīng)用。以硅片為基礎(chǔ)的第一代光伏電池，其技術(shù)雖已經(jīng)發(fā)展成熟，但成本一直高居不下。目前許多研究人員把目光投向了以先進(jìn)薄膜制造技術(shù)為基礎(chǔ)的，理論極限光電轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)93﹪的第三代太陽能電池，主要有量子點(diǎn)、多層多結(jié)、染料敏化太陽能電池、有機(jī)聚合物電池、納米結(jié)構(gòu)電池等，這些新型太陽能電池目前正圍繞提高光電轉(zhuǎn)換光電效率和降低生產(chǎn)成本兩大目標(biāo)展開研發(fā)。其技術(shù)正在成為太陽能電池主流技術(shù)，與晶體硅太陽能電池技術(shù)并駕齊驅(qū)。即實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。并具有對蓄電池等組件的保護(hù)功能，像具有涓流充電模式的控制器就可以很好的保護(hù)蓄電池，增加蓄電池的壽命。太陽能路燈以太陽光為能源，且無需鋪設(shè)復(fù)雜、昂貴的管線，安全節(jié)能無污染，工作全程采用自動控制，無需人工操作，工作穩(wěn)定可靠，節(jié)省能源，免維護(hù)，太陽能路燈的實(shí)用性已充分得到人們的認(rèn)可。太陽能電池作為有潛力的可再生能源，多年來其產(chǎn)量一