【正文】 了充電效率。該充電方法實際上是一種融合了最大功率點跟蹤(MPPT)、恒電壓和浮充的三階段充電控制方法。充電脈沖使蓄電池充滿電量，而在問歇期，蓄電池經(jīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣和氫氣又有時間重新化合而被吸收掉，從而減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪的充電能夠更加順利地進行，使蓄電池可以吸收更多的電量。比常規(guī)的充電的時問縮短了很多。 智能充電法．MAS(馬斯)研究提出的蓄電池快速充電的一些基本規(guī)律為基礎(chǔ)。 階段充電法階段充電法一般分為二階段和三階段充電，這種方法克服了恒流與恒壓充電的缺點。相對恒流充電來說，此法的允電電流自動減少，所以充電過程中析氣量小，允電時問短。這種充電方式的不足之處在于：鉛酸蓄電池開始充電電流偏小，使整個充電過程時間加長，在充電后期允電電流又偏大，充電電壓偏高，電池析氣量增加，影響電池壽命。充電控制方法的優(yōu)劣不僅影響到鉛酸蓄電池的荷電量的大小，同時也關(guān)系到鉛酸蓄電池的使用壽命?？刂破鬟€可以依據(jù)外界環(huán)境溫度調(diào)整蓄電池充電電流?？紤]到蓄電池的成本比較大，而且過充電、過放電都會大大縮短鉛酸蓄電池的壽命，所以控制器對系統(tǒng)的保護主要是過充過放保護，同時具有過流、短路、防反接保護?？刂破餍鑼μ柲苈窡粝到y(tǒng)的運行情況和所處的外部環(huán)境情況進行檢測，包括光強、溫度、充放電電流、蓄電池電壓等，從而來控制系統(tǒng)的工作方式和保護系統(tǒng)，如決定系統(tǒng)是否進行充電，采用哪種方式充電。電阻限流驅(qū)動方式雖然電路結(jié)構(gòu)簡單、可靠，然而使用在太陽能半導(dǎo)體照明中有它的明顯不足。(2)恒流源驅(qū)動方式，如圖29所示，是由DCDC電路組成的恒流源驅(qū)動方式。因此，應(yīng)該使LED在一個發(fā)光效率比較高的電流值下工作。（4）LED的PN結(jié)的溫度系數(shù)為負，溫度升高時LED的勢壘電勢降低。（2）LED是一個具有PN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，具有勢壘電勢，這就形成了導(dǎo)通門限電壓，加在LED上的電壓值超過這個門限電壓時LED才會充分導(dǎo)通。比較以上兩種亮度調(diào)節(jié)方式，使用第二種方式更合適于半導(dǎo)體照明，原因是: （1）在某個特定的正向電流下LED 能顯示出最純的白光，隨著工作電流偏離這個值，白光LED 發(fā)出的光可能偏藍或偏紫，因此通過改變LED 工作電流的方式調(diào)節(jié)會使光的顏色發(fā)生偏移，而使用PWM 控制方式則不會有這樣的問題。低氣壓熒光燈中利用2537nm 的紫外光激發(fā)熒光粉，但LED中要求三基色熒光粉在更低能量紫外激發(fā)下有較高的發(fā)光效率。其安裝結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且各色LED 的驅(qū)動電壓、發(fā)光效率、配光特性不同，溫度特性也存在差異。半導(dǎo)體材料的發(fā)光機理決定了單一LED 芯片不可能發(fā)出連續(xù)光譜的白光，必須以其它的方式合成白光。（6）可控制性 由于LED燈可以基本做到瞬間接通發(fā)光，通過計算機軟件和控制器，可以比較容易地實現(xiàn)LED燈的顏色和圖形的各種變化。一個10～12W的LED光源發(fā)出的光能與一個35～50W白熾燈發(fā)出的光能相當(dāng)。近幾年，隨著各地城市景觀照明項目的越來越多，LED照明產(chǎn)品市場需求日益擴大[17]。[16] 白光LED燈 LED燈的簡介LED是英文Light Emitting Diode的縮寫，中譯名為發(fā)光二極管。 ( C : 用來表示電池充放電時電流大小的比率)。低的工作溫度也會對蓄電池的壽命有影響，低溫( 5 ℃)會引起負極失效，溫度波動會加速枝晶短路等等低溫時充電，則會造成氫氣產(chǎn)生，增大內(nèi)部壓力，縮短電池壽命。在環(huán)境溫度10～45 ℃范圍內(nèi)，鉛酸蓄電池容量隨溫度升高而增加，如閥控密封鉛蓄電池在40 ℃下的放電電量比在25 ℃下放電的電量大10 %左右，但是，超過一定溫度范圍情況將發(fā)生變化，如在環(huán)境溫度45～50 ℃條件下放電，蓄電池容量明顯減小。對于閥控密封鉛酸蓄電池過充電情況會更糟，氣壓過高可能發(fā)生爆炸或使蓄電池槽開裂。在太陽能光伏系統(tǒng)中，蓄電池放電電流通常非常小，所以在太陽能光伏系統(tǒng)中一般要規(guī)定比較高的放電終止電壓來減小蓄電池小電流放電的影響。而的體積比和Pb大，于是放電產(chǎn)物堵塞多孔電極的空口，電解液則不能充分供應(yīng)電極內(nèi)部的需要，造成電極內(nèi)部物質(zhì)不能得到充分利用，因而大電流放電時會降低蓄電池的放電容量。極板上硫酸濃度的不同分布將導(dǎo)致正極板腐蝕和膨脹，負極板底部硫酸鹽化。因為蓄電池正極活性物質(zhì)本身互相結(jié)合不牢，放電時生成，充電時又恢復(fù)為而， 倍，因此放電時活性物質(zhì)體積會發(fā)生膨脹，這樣在充放電過程中體積將反復(fù)發(fā)生收縮和膨脹，使粒子逐漸松弛，變得易于從板柵上脫落。蓄電池的放電深度越大，其相應(yīng)的循環(huán)次數(shù)也就越少。在氧化還原的反應(yīng)中，正負極板上的活性物質(zhì)及都不斷地變成硫酸鉛。電解質(zhì)發(fā)生電解所示： (213)在蓄電池內(nèi)部，正離子通過溶液向正極遷移，負離子以相反方向向負極遷移。從上述分析可知，充電過程總的化學(xué)反應(yīng)為： (212)從上式可知，隨著允電的進行，正極板上的逐漸變成Pb。H+在外電場作用下向負極板遷移，OH一向正極板遷移，同時正負極板上的硫酸亦發(fā)生分解，即： (210)正極板上的在外電場的作用下釋放出電子而形成。鑒于鉛酸蓄電池容量大、價格低、自放電率低、結(jié)構(gòu)緊湊、壽命長、基本免維護等優(yōu)點，本系統(tǒng)選用鉛酸蓄電池作為儲能元件。h 電能的價格，它的高低將直接體現(xiàn)出蓄電池的價格和使用壽命。當(dāng)然，這里還涉及放電深度問題、使用環(huán)境溫度問題、充放電倍率問題；單體電池串聯(lián)、并聯(lián)的平衡問題等；它們雖然重要，但是目前還不是最重要的問題，許多企業(yè)僅僅在上面某個指標(biāo)上有所突破，就標(biāo)稱太陽能光伏蓄電池，是極其不妥的。（2）蓄電池應(yīng)該有比較平坦的充電特性曲線 對于小型獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)，對MPP（最大輸出功率點）的跟蹤，絕大多數(shù)情況是依靠蓄電池對太陽電池組件工作點的鉗位，如果蓄電池的充電特性曲線比較平坦，將有效提高太陽電池的利用效率。 光伏發(fā)電對蓄電池的基本要求（1）高瓦時效率 由于太陽電池發(fā)電成本比較高，所以蓄電池的充電、放電效率，是太陽能光伏發(fā)電儲能蓄電池最重要、最基本的技術(shù)指標(biāo)，但是又是被絕大多數(shù)蓄電池生產(chǎn)企業(yè)所忽視的技術(shù)指標(biāo)。圖2圖27是太陽能電池陣列在日照強度為1000W/㎡時，溫度分別為25℃、45℃、65℃情況下表現(xiàn)出來的IU和PU特性?；谝陨霞僭O(shè)，光伏電池IV方程簡化為： (22) (23) (24)當(dāng)日照強度和電池溫度均有變化時，重新計算，然后求出，即可得新的IV特性： (25) (26) (27) (28) (29)式中 ——任意的環(huán)境溫度； K——太陽能電池陣列溫度系數(shù)，℃㎡/Ｗ； T——光伏電池板溫度； S——光照強度； ——實際日照強度與參考日照強度的差值； ——實際電池溫度與參考電池溫度的差值； ——日照強度S下太陽能電池的開路電壓； ——日照強度為S和電池溫度為T時太陽能電池的短路電流； ——照強度為S和電池溫度為T時太陽能電池的最大功率點電流； ——日照強度為S和電池溫度為T時太陽能電池的最大功率點電壓；a，b，c為常值，其典型值為：a=℃，b=，c=℃以上為光伏電池的工程用數(shù)學(xué)模型。以上是光伏電池的理論模型，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于太陽能電池的理論分析中，但式（21）中參數(shù)，和n難以確定，且不是廠家提供的技術(shù)參數(shù)，不便于工程的分析應(yīng)用。預(yù)期采用納米技術(shù)的這種材料，在21 世紀有著極大的應(yīng)用前景。另一種趨向是研發(fā)生產(chǎn)成本較低的電池，雖然降低了生產(chǎn)成本，但其太陽能電池轉(zhuǎn)換效率也較低。但因第三價和第五價元素的材料生產(chǎn)成本居高不下，所以高效多結(jié)電池的應(yīng)用范圍受到較大限制。此外，隨著薄膜光伏技術(shù)的快速發(fā)展，也呈現(xiàn)多樣化的特點，除微晶體硅薄膜技術(shù)處于發(fā)展中外，其他如碲化鎘電池(CdTe) 、銅銦鎵錫(CIGS)電池等技術(shù)也在逐步發(fā)展起來，并且開始步入商業(yè)化。多晶硅太陽能電池的實驗室以往的最高轉(zhuǎn)換效率為18﹪，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為10﹪。在實驗室里最高的轉(zhuǎn)換效率為23﹪，而規(guī)模生產(chǎn)的單晶硅太陽能電池，其效率為15﹪，硅電池進展的重要原因之一是表面鈍化技術(shù)的提高。這些元素分別形成空穴型半導(dǎo)體和電子型半導(dǎo)體，而這兩種半導(dǎo)體一旦接觸將會產(chǎn)生內(nèi)置電場。 太陽能電池的分類及比較太陽能電池技術(shù)是太陽能發(fā)電技術(shù)的主要組成部分。其具體過程為[10]：平衡態(tài)時PN結(jié)處存在著由N區(qū)指向P區(qū)的勢壘電場。然而，第一個實用單晶硅光伏電池(Solar Cell) 直到1954年才在美國貝爾實驗室研制成功，從此誕生了太陽能轉(zhuǎn)換為電能的實用光伏發(fā)電技術(shù)[4]。太陽能電池作為有潛力的可再生能源，多年來其產(chǎn)量一直以每年10﹪到25﹪的增長率在增加，目前主要應(yīng)用領(lǐng)域包括航空航天、軍事以及民用消費品等[8]。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，太陽能路燈的實用性已充分得到人們的認可。并具有對蓄電池等組件的保護功能，像具有涓流充電模式的控制器就可以很好的保護蓄電池，增加蓄電池的壽命。即實現(xiàn)最大功率點跟蹤。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)。目前許多研究人員把目光投向了以先進薄膜制造技術(shù)為基礎(chǔ)的，理論極限光電轉(zhuǎn)換效率最高可達93﹪的第三代太陽能電池，主要有量子點、多層多結(jié)、染料敏化太陽能電池、有機聚合物電池、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)。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。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值的應(yīng)用。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特優(yōu)勢，成為國際上公認的理想替代能源[2]。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。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行建模和仿真，并對輸出特性進行了仿真研究 。本科畢業(yè)設(shè)計（論文）太陽能供電LED路燈智能控制器研究***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，日益受到廣泛關(guān)注。根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作方式，設(shè)計了包括充放電管理與保護和LED 的驅(qū)動控制。根據(jù)目前已探明的儲量與年開采量計算，它們尚可開采的年限分別是：石油40年、天然氣50年、煤炭240年[1]。因此，開發(fā)利用可再生的綠色能源以逐步減少和替代化石能源，保護好人類賴以生存的地球環(huán)境與生態(tài)，已經(jīng)成為一個引起世界各國普遍關(guān)注的熱點問題，對各種可再生綠色能源發(fā)電技術(shù)的研究正在迅速發(fā)展。太陽能光伏發(fā)電是一種不需燃料、無污染獲取電能的高新技術(shù)，具有許多優(yōu)點，如:安全可靠、無噪聲，能量隨處可得，不受地域限制，無機械轉(zhuǎn)動部件，故障率低，維護簡便，可以無人值守，建站周期短，規(guī)模大小隨意，無需架設(shè)輸電線路，可以方便地與建筑物相結(jié)合等，因此，在太陽能的有效利用中，光伏發(fā)電是近些年來太陽能眾多利用方式中發(fā)展最快、最具活力的研究領(lǐng)域[4]。 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀 光伏發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀 光伏電池是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中基本核心部件，它的大規(guī)模應(yīng)用需要解決兩大難題：一是提高光電轉(zhuǎn)換效率；二是降低生產(chǎn)成本。繼晶體硅和薄膜電池之后，一些新概念、新結(jié)構(gòu)的電池，通過減少非光能耗，增加光子有效利用以及減少光伏電池內(nèi)阻，使得光伏轉(zhuǎn)換效率的上限有望獲得新的提升。薄膜電池對弱光的轉(zhuǎn)化率十分高，即使在陰天照樣能夠發(fā)電。通過研究不同的電路拓撲結(jié)構(gòu)和先進的控制算法，在太陽光強度、太陽能電池溫度以及負載改變的情況下，盡可能使太陽能電池時刻保持最大輸出功率狀態(tài)。第三代控制器是具有兩路調(diào)節(jié)功率的控制器，現(xiàn)已被廣泛推廣，在夜間行人稀少時段可以自動關(guān)閉一路或兩路照明，節(jié)約用電，還可以針對LED燈進行功率調(diào)節(jié)。第2章 太陽能路燈系統(tǒng)的基本構(gòu)成和特性 太陽能路燈系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu) 新能源的利用已快速進入我們的生活，太陽能路燈系統(tǒng)的應(yīng)用前景更是非常廣闊。[7] 太陽能電池太陽能電池是利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽的輻射光能通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N器件，它是光伏發(fā)電系統(tǒng)的最基本組成單元，是整個系統(tǒng)的能量源泉。這種現(xiàn)象后來被稱為“光生伏打效應(yīng)( Photovoltaic Effect) ”，簡稱“光伏效應(yīng)”。太陽電池是利用半導(dǎo)體內(nèi)部的光電效應(yīng)，當(dāng)太陽光照射到一種稱為“PN 結(jié)”的半導(dǎo)體上時，波長極短的光很容易被半導(dǎo)體內(nèi)部吸收，并去碰撞硅原子中的“價電子”使“價電子”獲得能量變成自由電子而逸出晶格，從而產(chǎn)生電子流動[9]。如果將此PN結(jié)兩端與外部負載相連構(gòu)成回路，就會形成電流并產(chǎn)生一定的輸出功率。純硅含有極少量的諸如硼和磷之類的元素。它的轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。但是由于它存在著晶粒界面和晶格錯位的明顯缺陷，造成多晶硅電池光電轉(zhuǎn)換率一直無法突破20﹪的關(guān)口， 低于單晶硅電池。晶體硅片電池的半導(dǎo)體層厚度為170～200μm，而薄膜型太陽電池的半導(dǎo)體層厚度為2～3μm。高效多結(jié)電池的這種結(jié)構(gòu)，可使光電轉(zhuǎn)換率達到40﹪。目前太陽能電池轉(zhuǎn)換效率處于領(lǐng)先水平的磷化銦、砷化鎵多結(jié)電池也只有40. 8﹪。量子點，又稱納米晶、“人造原子”，是準零維的納米材料，由少量原子組成，其粒徑一般介于1～10μm。 圖22 太陽能電池等效電路由圖中各物理量的關(guān)系，可得光伏電池的輸出特性方程為 (21)式中 ——光伏電池輸出電流； ——光伏電池的光生電流； V——光伏電池輸出電壓； —